APLIKÁCIA CAX METÓD V SYSTÉME CREOweb.tuke.sk/lf-kli/Semrad Karol/Aplikacia CAX metod v... · 2017-11-06 · aplikácií. PTC Creo je navrhnutý pre riešenie problémov, ktoré

Aplikácia CAX metód v systéme CREO

1

Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/ Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ

APLIKÁCIACAXMETÓDVSYSTÉMECREO

LeteckáfakultaTUvKošiciach

Ing.KarolSemrád,PhD.

Ing.JozefČerňan


2

Názov : Aplikácia CAX metód v systéme CREO Autor/Autori Ing. Karol Semrád, PhD. , Ing. Jozef Čerňan Vydavateľ: Technická univerzita v Košiciach Rok: 2015 Vydanie: prvé Počet výtlačkov: 50

Rozsah: 125 strán ISBN 978-80-553-2167-7 Rukopis neprešiel jazykovou úpravou. Za odbornú a obsahovú stránku zodpovedajú autori.

Táto publikácia vznikla za finančnej podpory z Európskeho sociálneho fondu v rámci Operačného programu VZDELÁVANIE. Prioritná os 1 Reforma vzdelávania a odbornej prípravy Opatrenie 1.2 Vysoké školy a výskum a vývoj ako motory rozvoja vedomostnej spoločnosti. Názov projektu: Balík doplnkov pre ďalšiu reformu vzdelávania na TUKE ITMS 26110230093


3

Predhovor

CA systémy sú počítačové systémy určené na podporu činností vo všetkých etapách

od vývoja a navrhovania, plánovania výroby, až po samotnú výrobu a montáž, skladovanie a

expedíciu. Umožňujú urýchliť a zjednodušiť predovšetkým modelovanie a kreslenie,

dimenzovanie, uskutočnenie analýz, projektovanie, ale aj rôzne administratívne činnosti ako

archivovanie, vyhľadávanie a podobne. Medzi CA systémy možno zaradiť systémy CAD, CAE,

CAPP, CAM, CAA a CAL. Sú to všetky softvéry na vytváranie modelov a výkresovej

dokumentácie, na technické výpočty, simulácie a analýzy.

Vo všeobecnosti sa počítačom podporované systémy označujú ako CAx, CAi alebo CA.

Skratka CA (Computer Aided) naznačuje, že činnosť, metóda, technika alebo systém je

počítačom podporovaný. V minulosti bola skôr chápaná ako počítačová asistencia respektíve

počítačová pomoc (computer assisted), v súčasnosti sa chápe ako synonymum pre computer

aided a ich význam je totožný.

V súčasnej dobe si už nemožno predstaviť konštruktéra bez znalostí CA systémov a je

potrebné sa v tejto oblasti neustále vzdelávať. Za týmto účelom boli spracované aj tieto

skriptá, kde môžu študenti nájsť všetko potrebné k svojmu vzdelávaniu a rozširovaniu svojich

zručností ohľadom CA systémov, konkrétne CAD/CAE/CAM systému Creo spoločnosti PTC.

PTC Creo je nová rodina produktov konštrukčného softvéru spoločnosti PTC, ktorá

poskytuje škálovateľnú sadu správnych, medzioperačných a integrovaných konštrukčných

aplikácií, tzv. aplikácií s patentovanou technológiou, ktoré sledujú súčasné potreby širokého

spektra užívateľov tvoriacich rozsiahle vývojové skupiny. PTC Creo umožňuje účasť

na vývojovom procese každému z podniku a uvoľňuje skrytý potenciál pre kreativitu,

efektivitu, tímovú spoluprácu a hodnotu. PTC Creo prináša skúsenosti používateľov v rámci

jednotlivých aplikácií a inovuje dátové modelovanie a PLM. Ponúka nový prístup, avšak

rešpektuje a chráni existujúce investície do dát, pracovného času, metodológie a nasadených

aplikácií. PTC Creo je navrhnutý pre riešenie problémov, ktoré neboli doposiaľ v rámci CAD

systému vyriešené - jednoduchá použiteľnosť, interoperabilita, riadenie zostáv

a technologická uzavretosť. PTC Creo môže zvýšiť svoju silu a výkonnosť o široké spektrum

rozširujúcich modulov, tzv. Extensions, vyvinutých softvérovými partnermi spoločnosti PTC.

PTC Creo poskytuje škálovateľné balíky, tzv. Packages pre konštruktérov, ktoré sú

optimalizované pre splnenie rôznych špecializovaných potrieb.

Autori


4

1.AplikáciaCADmetódvsystémeCREO

1.1. Úvod do CA systémov Využívanie CA (Computer Aided) systémov počítačovej podpory v strojárskom

priemysle je dlhodobým javom. Prejavuje sa to hlavne v špecializovaných oblastiach ako napr. pri návrhu plastových dielcov a odpovedajúcich foriem pre vstrekovanie plastov a pod. Súčasne s týmto trendom sa uberal aj vývoj programového vybavenia. Výrobcovia CA systémov neustále prichádzajú s novými programovými nástrojmi, ktoré konštruktérom uľahčujú a zefektívňujú ich prácu. V prípade CAD systémov (Computer Aided Design) počítačom podporovaného dizajnu, CAD systémy na začiatku svojho vývoja neumožňovali zmenu návrhu jednoduchou zmenou číselnej hodnoty rozmeru alebo priradením geometrickej väzby. Preto bolo zavedenie prvých systémov parametrického modelovania veľkým pokrokom.

Jedným z prvých takýchto systémov bol systém Pro-Engineer od firmy PTC Parametric Technology Corporation. Dnes sú všetky moderné CAD systémy založené na parametrickom modelovaní a naopak. V súčasnosti je parametrické modelovanie doplnené aj systémom tzv. voľného modelovania, ktoré je uzavreté parametrizáciou návrhu podľa konečných požiadaviek konštruktéra.

Ako bolo uvedené, firma PTC patrí medzi priekopníkov parametrického modelovania. Prvú verziu svojho CAD systému predstavila v roku 1989. V súčasnosti predstavuje úplne nový koncept pod marketingovým názvom Creo. Creo je škálovateľná sada integrovaných aplikácií, zahŕňajúce celé spektrum vývoja produktov. Creo aplikácie produktového dizajnu umožňujú každému podniku využívať nástroje tak, aby mohli sami plne prispievať k procesu vývoja produktu. Okrem Creo-Parametric ide niekoľko samostatných aplikácií, ktoré prinášajú nové možnosti pre 2D a 3D CAD modelovanie, analýzu a vizualizáciu. Creo tiež poskytuje bezprecedentnú úroveň „interoperability“. Dáta je možné jednoducho zdieľať medzi tímami ako interne, tak aj externe. Niektoré z aplikácií sú uvedené nižšie:

• Creo-Parametric – Vytvorenie 3D návrhov použitím výkonných 3D parametrických nástrojov.

• Creo-Direct – Návrh a úprava 3D geometrie pomocou rýchleho, flexibilného priameho modelovania.

• Creo-Simulate – Analýza štrukturálnych a tepelných vlastností. • Creo-Layout – Ľahká tvorba 2D návrhov. • Creo-Schematics – Vytvorenie 2D diagramov potrubí a káblových systémov. • Creo-View MCAD – Vizualizácia strojárskych CAD informácií pre rýchlejšie

vyhodnotenie projektov. • Creo-View ECAD – Vizualizácia a analyzovanie ECAD informácií. • Creo-Sketch – Jednoduché vytváranie 2D skíc. • Creo-Illustrate – Využitie 3D CAD dát pre vytváranie interaktívnych 3D technických

ilustrácií.

V publikácii sú vysvetlené základné princípy, možnosti a postupy používané konštruktérmi pri navrhovaní strojárskych produktov s využitím CA technológií so zameraním na systém Creo. Základný programový balík obsahuje okrem 3D modelovania aj CAM (Computer Aided Manufacturing) modul počítačovej podpory výroby NC Machining, ktorý rieši tvorbu NC programov pre riadenie dráhy nástroja NC obrábacích strojov a CAE


5

(Computer Aided Engineering) modul počítačovej podpory inžinierskych výpočtových úloh Creo-Simulate.

1.2. Charakteristika modulu Creo-Parametric Úvodné okno CAD systému Creo-Parametric (obr.1.1) obsahuje základné nástroje pre

prácu so súbormi a nastavenia pracovného prostredia:

• New – vytvorenie nové súboru • Open – otvorenie existujúceho súboru • Open Last Session – otvorenie naposledy použitého súboru • Select Working Directory – nastavenie pracovného adresára • Erase Not Displayed – vymazanie informácii o danom objekte • Model Display – nastavenie pracovného prostredia • System Colors – nastavenie systémových farieb • Play Trail File – spustenie textového záložného súboru

Obr. 1.1 - Pracovné prostredie Creo Parametric – Home

Po spustení programu sa odporúča ako prvé nastavenie aktuálneho pracovného

adresára (Select Working Directory) a následne otvorenie (Open) už existujúceho objektu z aktuálneho pracovného adresára, resp. vytvorenie (New) nového súboru. V procese parametrického modelovania sa môžeme stretnúť s niekoľkými typmi pracovných súborov. V prípade ich vytvárania sa ponúka možnosť voľby typu podľa dialógového okna (obr.1.1).


6

Typy súborov v procese 3D parametrického modelovania:

• Sketch – súbory s príponou .sec, 2D skice (základné stavebné prvky partov). • Part – súbory s príponou .prt, 3D objekty, party (základné stavebné prvky zostavy). • Assembly – súbory s príponou .asm, podzostavy a zostavy z jednotlivých partov. • Drawing – súbory s príponou .drw, výkresy (dielenské, zostavné). • Format – súbory s príponou .frm, formáty výkresov (pečiatky, popisové polia).

Režim Sketch je samostatnou časťou systému Creo-Parametric, ale zároveň je tiež

súčasťou režimu Part. Prácu v režime Part zahájime po otvorení nového súboru navolením nasledujúcich krokov (obr.1.1):

• V položke Type zvolíme Part. • V položke Sub-type zvolíme Solid v prípade práce s plne objemovými súčiastkami,

resp. Sheetmetal v prípade práce s tenkostennými plechovými súčiastkami. • Zadáme názov súčiastky Name (počítač ponúka názov napr. prt0001, ktorý môžeme

ale nemusíme akceptovať). V názve sa neodporúča používať bodky, čiarky a iné špeciálne znaky.

• Pokiaľ požadujeme aj ručné nastavenie jednotiek, zrušíme označenie Use default

template a po potvrdení OK vyberieme požadovaný jednotkový systém napr. mmns_part_solid. V opačnom prípade systém použije prednastavené jednotky konfiguračným súborom.

Po základnom nastavení pracovných podmienok sa zobrazí okno s tromi základnými

rovinami (Front, Top, Right) karteziánskeho súradnicového systému, ktorý predstavuje priestor, v ktorom bude vytvorený nový objekt (obr.1.2). V záložke Model máme možnosť:

• Extrude – Namodelovať 3D objekt vyťahovaním 2D skice do priestoru. • Revolve – Namodelovať 3D objektu rotovaním 2D skice okolo osi. • Sweep – Namodelovať 3D objekt ťahaním 2D skice po vopred definovanej krivke. • Swept Blend – Podobne ako Sweep, ale tvar prierezu 2D skice nie je konštantný. • Blend – Namodelovať 3D objekt vyťahovaním cez niekoľko paralelných 2D prierezov. • Rotational Blend – Namodelovať 3D objekt rotovaním cez niekoľko 2D prierezov. • Hole – Namodelovať dieru s normalizovaným závitom. • Round – Namodelovať konštrukčný prvok typu zaoblenie. • Chamfer – Namodelovať konštrukčný prvok typu zrazenie. • Draft – Namodelovať konštrukčný prvok typu skosenie stien. • Shell – Namodelovať tenkostenný konštrukčný prvok typu škrupina. • Rib – Namodelovať konštrukčný prvok typu rebro. • Sketch – Naskicovať pomocné body, resp. krivky v rovine. • Plane – Nadefinovať pomocnú rovinu. • Axis – Nadefinovať pomocnú os. • Point – Nadefinovať pomocný bod. • Coordinate System – Nadefinovať pomocný súradnicový systém. • Curve – Nadefinovať pomocnú krivku. • Boundary Blend – Namodelovať plochu definovanú krivkami.


7

Obr. 1.2 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Model (Part)

Obr. 1.3 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Sketch


8

Obr. 1.4 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Model (Part)

Väčšina 3D objektov je vytvorená z 2D skíc. Preto hneď po aktivácii príslušného

objektu nás systém prepne do prostredia skicára (obr.1.3), kde je potrebné vytvoriť potrebnú 2D skicu a následne po ukončení skicára transformovať do príslušného 3D objektu (obr.1.4).

S namodelovaným objektom je možné manipulovať podľa nasledujúceho postupu:

• Rolovanie stredným tlačidlom myši – približovanie, vzďaľovanie objektu (Zoom +/-). • Stlačenie stredného tlačidla myši – otáčanie objektom na pracovnej ploche.. • Stlačenie stredného tlačidla myši + Shift – posúvanie objektu po pracovnej ploche.

S namodelovaným objektom je možné vykonávať ďalšie úkony (obr.1.4):

• File – Uložiť objekt do súboru pod pôvodným názvom, resp. novým názvom. • Model – Aktívna záložka pre prácu s modelom. • Analysis – Merať a analyzovať rôzne objemové a prierezové charakteristiky. • Annotate – Vytvárať rôzne poznámky a popisy k modelom. • Render – Vytvárať perspektívne pohľady, meniť farby, odtiene, nasvietenie modelu. • Tools – Ďalšie pomocné nástroje pre prácu s modelom. • View – Nástroje pre nastavenie pohľadov, rezov, vrstiev a štýlov zobrazenia. • Flexible Modeling – Nástroj rýchleho flexibilného priameho modelovania. • Applications – Prístup k aplikáciám, napr. Simulate pre analyzovanie modelu.


9

1.3. Práca so skicárom Do režimu skicára (obr.1.3) sa dostávame priamo cez dialógové okno New (obr.1.1)

a príkaz Sketch, resp. aj nepriamo pri 3D modelovaní v režimoch Part, Assembly a pod., kde v prvom kroku je potrebné definovať skicovaciu rovinu cez Placement – Define – Sketch

Plane, v ktorej bude vytvorená samotná skica a referenčnú rovinu Sketch Orientation (zvyčajne ju program pridelí automaticky), ktorá slúži na zorientovanie skice. V pracovnom prostredí skicára (obr.1.3) sú nasledujúce nástroje pre skicovanie (Sketching):

• Line – kreslenie rovných čiar. • Rectangle – kreslenie obdĺžnikov • Circle – kreslenie kružníc. • Arc – kreslenie oblúkov. • Ellipse – kreslenie elíps. • Spline – kreslenie „spline“ čiar • Fillet – kreslenie zaoblení. • Chamfer – kreslenie zrazení. • Text – písanie textov. • Offset – kreslenie odsadených čiar od existujúcej hrany na jednu stranu. • Thicken – kreslenie odsadených čiar od existujúcej hrany na dve strany. • Project – použitie existujúcej hrany na definovanie čiary. • Centerline – definovanie osi pre prvky vytvárané rotovaním okolo osi. • Point – kreslenie pomocných bodov. • Coordinate System – definovanie pomocných súradnicových systémov. • Palette – použitie hotových skíc z preddefinovanej databázy skíc.

Editačné nástroje (Editing):

• Modify – modifikovanie hodnôt parametrov skice. • Mirror – zrkadlenie vyselektovaných prvkov voči osi. • Divide – rozdelenie existujúcich čiar v definovanom bode. • Delete Segment – dynamické obrezávanie prebytočných čiar. • Corner – doťahovanie čiar do spoločných priesečníkov. • Rotate Resize – posunutie, rotácia, zmena miery vyselektovaných prvkov.

Väzby (Constrain):

• Vertical – vertikálne zarovnanie prvkov. • Horizontal – horizontálne zarovnanie prvkov. • Perpendicular – definovanie kolmosti. • Tangent – definovanie dotyčnicového spojenia dvoch čiar. • Mid Point – umiestnenie bodu do stredu čiary, resp. oblúka. • Coincident – zlúčenie prvkov. • Symmetric – definovanie symetrickej väzby. • Equell – definovanie čiary s rovnakými rozmerovými vlastnosťami. • Parallel – definovanie paralelného zarovnania čiary.


10

Kótovanie (Dimension):

• Normal – zakótovanie požadovaného prvku. • Perimeter – vytvorenie obvodovej kóty. • Baseline – vytvorenie kóty od danej základne. • Reference – vytvorenie referenčnej kóty.

Kontrolné nástroje (Inspect):

• Feature Requirements – analýza, či skica je korektná. • Overlapping Geometry – vysvietenie prekrývajúcich sa čiar. • Highlight Open Ends – farebné označenie otvorených koncov skice. • Shade Closed Loops – vytieňovanie korektne uzavretej skice.

Ostatné nástroje (Datum, Operations, Get Data, Setup):

• Centerline – vytvorenie pomocnej osi cez dva definované body. • Point – definovanie pomocného bodu. • Coordinate System – definovanie súradnicového systému. • Cut – vystrihnutie vyselektovaných prvkov do schránky. • Copy – kopírovanie vyselektovaných prvkov do schránky. • Paste – vloženie prvkov zo schránky do skice. • File System – importovanie dát skice do zvoleného formátu. • Sketch Setup – definovanie pracovných rovín skicára. • References – definovanie referenčných čiar (slúžia ako väzby). • Sketch View – zorientovanie roviny pre skicovanie do obrazovky.

Ukončenie režimu skicára – OK / Cancel

1.4. Základné konštrukčné prvky

Extrude

1. Po aktivácii príkazu nás systém vyzve pre voľbu roviny pre skicovanie Define.


11

2. Po voľbe roviny a potvrdení Sketch nás systém presmeruje do prostredia skicára.

3. V prostredí skicára nakreslíme požadovanú 2D skicu a potvrdíme OK.


12

4. Vytiahneme skicu do priestoru, vytvoríme 3D objekt a potvrdíme.

Revolve

1. Krok 1 a 2 je zhodný s príkazom Extrude. V prostredí skicára nakreslíme požadovanú

2D skicu a potvrdíme OK. Nesmieme zabudnúť definovať os cez dva body (Centerline), okolo ktorej bude skica rotovať.


13

2. Rotujeme skicu do priestoru, vytvoríme 3D objekt a potvrdíme.

Sweep

Príkaz Sweep vyžaduje mať vopred definovanú trajektóriu, po ktorej sa bude 2D skica ťahať. Túto trajektóriu je možné definovať na už existujúcej hrane, resp. vytvoriť nakreslením krivky v rovine príkazom Sketch, resp. definovaním nejakej inej priestorovej krivky. V prípade, že potrebujeme vytvoriť Sweep s nekonštantným prierezom, potrebujeme mať definované dve krivky, kde prvá bude udávať smer a podľa druhej sa bude meniť tvar skice, ktorá sa jej musí dotýkať. Ak potrebujeme vytvoriť pružinu, resp. Sweep s konštantným, resp. premenlivým stúpaním, použijeme príkaz Helical Sweep. Po aktivácii príkazu Sweep je potrebné vybrať jednu, resp. dve vopred pripravené krivky a nakresliť požadovanú 2D skicu.

1. V prostredí skicára nakreslíme požadovanú 2D skicu a potvrdíme OK.


14

2. Vytiahneme skicu do priestoru po trajektórii, vytvoríme 3D objekt a potvrdíme.

Swept Blend

1. Podobne ako Sweep, v prostredí skicára nakreslíme požadované 2D skice, každú

samostatne a potvrdíme OK. Skice musia pozostávať z rovnakého počtu prvkov. Dôležitá je aj orientácia, smer ako boli vytvorené.

2. Vytiahneme skice do priestoru po trajektórii, vytvoríme 3D objekt a potvrdíme.


15

Blend a Rotational Blend

1. Po aktivácii príkazu nás systém vyzve pre voľbu roviny pre skicovanie v položke

Sections – Define. 2. Po voľbe roviny a potvrdení Sketch nás systém presmeruje do prostredia skicára.

3. V skicári postupne nakreslíme jednotlivé prierezy Section 1 až 3, každý samostatne

s príslušným odsadením. Skice musia pozostávať z rovnakého počtu prvkov. Dôležitá je aj orientácia, smer ako boli vytvorené. V prípade rotačného blendu (Rotational

Blend) nesmieme zabudnúť definovať os cez dva body (Centerline), okolo ktorej bude skica rotovať. Každú skicu je potrebné zrealizovať samostatne, t.j. po nakreslení prvej je potrebné skicár ukončiť cez OK, opäť aktivovať Sections – Sketch, urobiť druhú, opäť potvrdiť cez OK atď. pokračovať až do poslednej.


16

4. Vytvoríme 3D objekt vytiahnutím cez všetky definované prierezy a potvrdíme.

V položke Options je ešte možné zvoliť Straight pre ostré prechody medzi jednotlivými skicami, resp. Smooth pre hladké prechody.

Všetky základné konštrukčné prvky, ktoré boli ukázané, je možné realizovať

pridávaním materiálu, odoberaním materiálu (v prípade, že potrebujeme z existujúcej časti niečo odobrať), je možné konštrukčný prvok vytvárať ako tenkostennú súčiastku (škrupinu) s priradením určitej hrúbky steny, resp. vytvoriť iba plochu. Na tento účel slúžia ikony podľa obr.1.5. Porovnanie ukazuje tabuľka na obr.1.6.

Obr. 1.5 - Pracovné nástroje pre vytvorenie 3D objektu

Plný objem Škrupina Plocha

Obr. 1.6 - 3D objekt vytvorený ako plne objemový, tenkostenný (škrupina) a ako plocha


17

1.5. Umiestňované konštrukčné prvky Umiestňované konštrukčné prvky sú také, ktoré môžeme vytvárať (umiestňovať) na existujúce základné konštrukčné prvky. Patria sem rôzne zaoblenia, zrazenia, skosenia, závitové otvory, rebrá, škrupiny a pod.

1. Z hlavnej ponuky vyberieme typ konštrukčného prvku (Round, Edge Chamfer, Corner

Chamfer) a aplikujeme na definovanú hranu, resp. roh namodelovaného objektu. Takýmto spôsobom robíme zaoblenie hrany, zrazenie hrany a zrazenie na rohu.

2. V prípade normalizovaných otvorov so závitom použijeme príkaz Hole. V prvom kroku je potrebné umiestniť otvor prostredníctvom Placement a potom prostredníctvom Shape definujeme základné rozmery. Typ otvoru vrátane normy a základného rozmeru upravujeme pomocou základných ikon.

Medzi špecifické prípady umiestňovaných konštrukčných prvkov patria Draft, Shell

a Rib, ktoré slúžia na vytvorenie skosenia či už rovných, alebo aj valcových stien, vytvorenie tenkostenného prvku (škrupiny) z plne objemového modelu a vytvorenie rebier. Rebrá sa môžu vytvárať dvoma spôsobmi (Trajectory Rib a Profile Rib). Nástroje pre základné, umiestňované a pomocné konštrukčné prvky sú v tabuľke na obr.1.7.

Základné Umiestňované Pomocné

Obr. 1.7 - Nástroje pre aktiváciu konštrukčných prvkov


18

Na obr.1.8 ja zobrazený postup vytvorenia jednoduchého 3D objemového modelu nádoby, ktorá je vo vnútri rozdelená rebrami, za pomoci základných a umiestňovaných konštrukčných prvkov v poradí tak ako boli použité za sebou.

Extrude

V prvom kroku je potrebné namodelovať 3D objekt (kocku) vyťahovaním 2D skice do priestoru pomocou základného konštrukčného prvku Extrude. Postup aplikácie Extrude bol popísaný v kapitole 1.4.

Draft

Pomocou umiestňovaného konštrukčného prvku Draft urobíme skosenie bočných stien kocky. Po aktivácii je potrebné definovať v položke References Draft surfaces – plochy, ktoré majú byť skosené a Draft hinges – plochu voči ktorej má byť definované skosenie. Vznikne skosená kocka.

Round

Pomocou umiestňovaného konštrukčného prvku Round urobíme zaoblenia všetkých potrebných hrán skosenej kocky. Po aktivácii je potrebné vyselektovať jednotlivé hrany a definovať veľkosť polomeru zaoblenia.

Shell

Pomocou umiestňovaného konštrukčného prvku Shell

vyrobíme škrupinu. Po aktivácii je potrebné definovať v položke References plochu, od ktorej bude odobratý vnútorný materiál a definovať hrúbku steny. Vnútorný tvar škrupiny kopíruje vonkajšiu stenu.

Rib

Pomocou umiestňovaného konštrukčného prvku Rib, konkrétne v tomto prípade sa jedná o vnútorné rebrá, t.j. použijeme Trajectory Rib, umiestnime do vnútra tenkostennej nádoby vnútorné rebrá, ktoré ju rozdelia na 4 časti. Postup aplikácie je popísaný na nasledujúcej strane.

Obr. 1.8 - Postup vytvorenia 3D modelu s jednotlivými prvkami


19

1. Po aktivácii príkazu je potrebné cez Placement – Define zvoliť rovinu pre skicovanie

(vrchná časť nádoby), z ktorej budú vytiahnuté rebrá. V rovine je potrebné naznačiť čiarami umiestnenie rebier a potvrdiť OK.

2. Rebrá vyplnia priestor pod naznačenými čiarami až po prienik so stenami. Je možné

ešte upraviť tvar rebier (hrúbku, zaoblenie, skosenie) pomocou nástrojových ikon.


20

1. Pri použití Profile Rib vytvárame rebrá na vonkajšej strane a ako rovinu pre skicovanie

volíme v uvedenom príklade stredovú rovinu súčiastky. Naznačíme čiarou umiestnenie rebra. V tomto prípade musí byť čiara naviazaná presne na hrany.

2. Po potvrdení OK upravíme hrúbku rebra.

Po vytvorení jedného rebra je možné použiť príkaz Pattern pre viacnásobné

modelovanie a vygenerovať niekoľko rebier roznásobením existujúceho rebra okolo osi. Postup je zrejmý z nasledujúcich obrázkov. Najprv je potrebné označiť objekt (rebro) pre roznásobenie a aktivovať príkaz Pattern.


21

1. Zvolíme typ roznásobenia Axis, označíme os, zadáme počet rebier 10 a rozpočítame

na 360°. Čierne značky označujú umiestnenie budúcich rebier.

2. Po potvrdení príkazu sa vygeneruje požadovaný počet prvkov (rebier). Je možné

niektorý z prvkov aj samostatne vypnúť tak, že kliknutím na príslušnú čiernu značku sa zmení na bielu, v tom prípade v danom mieste prvok bude vynechaný.


22

1.6. Pomocné konštrukčné prvky Do skupiny pomocných prvkov patria pomocné roviny, pomocné osi, pomocné body, pomocné súradnicové systémy a pomocné krivky. Z hlavnej ponuky ich aktivujeme pomocou ikon obr.1.7. Všetky pomocné prvky je možné vytvoriť na základe minimálneho potrebného počtu referencií (References). Napr. v prípade pomocnej roviny potrebujeme minimálne 3 body, alebo 2 hrany (resp. 2 osi, alebo hranu a os), alebo jednu hranu a rovinu, od ktorej definujem uhol pootočenia, alebo môžeme vytvoriť pomocnú rovinu paralelným posunutím z niektorej už existujúcej roviny. Pomocnú os môžeme preložiť napr. cez minimálne 2 existujúce body, alebo vytvoriť ju ako os rotačne symetrickej súčiastky, kde ako referenciu môžeme použiť napr. existujúcu valcovú plochu, alebo ju vytvoríme ako priesečník dvoch existujúcich rovín. Pomocné body môžeme definovať napr. na existujúcich hranách, plochách, osiach, vrcholoch a podobne, definovaním príslušného počtu referencií. Body môžeme aj nakresliť pomocou skicára, podobne ako pomocné krivky. Veľmi častým spôsobom definovania pomocných bodov je pomocou súradnicového systému (Offset Coordinate System), kde vieme každému bodu priradiť jeho súradnice v priestore. Súradnicový systém je možné vytvoriť napr. v priesečníku minimálne 2 hrán (osí), alebo 3 rovín.

Po aktivácii príslušného prvku sa otvorí dialógové okno (obr.1.9) pre zadanie potrebného počtu referencií. V prípade viacerých referencií je potrebné pri ich výbere pomocou myši použiť súčasne stlačenú klávesu Ctrl.

Obr. 1.9 - Dialógové okná pre definovanie pomocných prvkov (rovina, os)

Zobrazenie pomocných prvkov je možné potlačiť, t.j. nebudú viditeľné. V prípade, že

chceme pomocné prvky vidieť zobrazené na pracovnej ploche, je potrebné zapnúť ich zobrazenie prostredníctvom ikon (obr.1.10).

V prípade použitia nástroja Sketch pre skicovanie pomocných prvkov budeme vyzvaný pre výber roviny pre skicovanie (Sketch Plane) a presmerovaný do skicára, kde je potrebné naskicovať požadované prvky a potvrdiť OK.


23

Obr. 1.10 - Pracovné ikony pre zobrazenie a vypnutie pomocných prvkov

1.7. Práca so zostavami Ak poskladáme jednotlivé namodelované komponenty dokopy (obr.1.11), dostávame zostavu (Assembly). Je možné pridávať do zostavy komponenty, ktoré boli namodelované dopredu, alebo vytvárať nové komponenty priamo v zostave. Jednotlivé väzby medzi komponentmi môžu byť pevné, alebo kinematické, ktoré zabezpečujú vzájomný pohyb medzi jednotlivými komponentmi. Pre odskúšanie kinematiky pohybu slúži nástroj Drag

Components z nástrojovej lišty. Po aktivácii je potrebné zvoliť niektorú pohyblivú časť a pohybom myši uviesť mechanizmus do pohybu. Zostavu je možné zobraziť aj v tzv. rozpadnutom stave (obr.1.12), kde jednotlivé komponenty zostavy sú od seba poposúvané. Na tento účel slúži nástroj Exploded View. Vzájomné posunutia je možné potom definovať nástrojom Edit Position z nástrojovej lišty.

Obr. 1.11 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Model (Assembly)


24

Obr. 1.12 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Model (Assembly) - Exploded View

Obr. 1.13 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Model (Assembly) - Section


25

Pre zobrazenie zostavy v ľubovoľnom reze (obr.1.13) použijeme nástroj Section. Je možné zvoliť Section – Planar, X, Y, Z Direction, Offset, podľa toho, aký rez požadujeme. V zostave je možné vytvárať základné konštrukčné prvky napr. Extrude, Revolve, ale iba odoberaním materiálu. Pridávať je možné iba nový komponent do zostavy. Pridanie nového komponentu do zostavy sa robí aktiváciou nástroja Assemble z nástrojovej lišty. V prvom kroku budeme vyzvaný pre výber komponentu, súboru partu z pracovného adresára. Po potvrdení Open bude vybraný komponent vložený do zostavy. V druhom kroku je potrebné definovať jednotlivé väzby a vložený komponent správne uložiť do zostavy. S celou zostavou je možné manipulovať podľa nasledujúceho postupu:

• Rolovanie stredným tlačidlom myši – približovanie, vzďaľovanie objektu (Zoom +/-). • Stlačenie stredného tlačidla myši – otáčanie objektom na pracovnej ploche.. • Stlačenie stredného tlačidla myši + Shift – posúvanie objektu po pracovnej ploche.

Manipulovať individuálne s vkladaným komponentom do zostavy je možné:

• Ctrl + Alt + Stlačenie stredného tlačidla myši – rotovanie okolo Spin Center. • Ctrl + Alt + Stlačenie pravého tlačidla myši – rotovanie okolo zvoleného bodu. • Ctrl + Alt + Stlačenie ľavého tlačidla myši – posúvanie po pracovnej ploche.

Manipulovať s vkladaným objektom myšou je možné aj za pomoci farebných šípok

a kružníc 3D Dragger (zelená, modrá, červená), ktoré sa zobrazia v jeho blízkosti (obr.1.14). V prípade ubratia ktoréhokoľvek stupňa voľnosti sa príslušná farba zmení na sivú.



26

Väzby vkladaného objektu do zostavy sa definujú z roletového menu User Defined

a Automatic, resp. z položky Placement (obr.1.16). Zoznam väzieb je v tabuľke na obr.1.15.

User Defined Automatic

Rigid Automatic Pin Distance Slider Angle Offset Cylinder Parallel Planar Coincident Ball Normal Weld Coplanar Bearing Centered General Tangent 6DOF Fix Gimbal Default Slot

Obr. 1.15 - Väzby vkladaného objektu do zostavy

Prvý komponent umiestňujeme do prázdneho pracovného priestoru pomocou väzby typu Default, čím zabezpečíme jeho nepohyblivé uloženie v tomto priestore. Ostatné komponenty následne umiestňujeme vzhľadom na predchádzajúce. Kinematické väzby vyberáme vždy ako prvé. V prípade, že využijeme automatické priraďovanie väzieb, program použije vždy pevné väzby medzi jednotlivými komponentmi.



27

1.8. Generovanie výkresov Generovanie nového výkresu začína príkazom New a voľbou Drawing (obr.1.17). Po zadaní názvu výkresu Name a potvrdení OK je potrebné vyplniť dialógové okno New

Drawing: • Default Model – model (súbor), z ktorého bude vygenerovaný výkres. • Format – formát výkresu, pokiaľ budeme robiť výkres s formátom (Empty with

format). Formát výkresu musí byť dopredu vygenerovaný v súbore s príponou .frm.

Obr. 1.17 - Dialógové okná pre vygenerovanie nového výkresu

Po potvrdení dialógového okna New Drawing sa postupne preklikáme cez jednotlivé

položky popisového poľa výkresu. Tie možno vyplniť, alebo si ich vyplnenie ponechať na neskôr a nechať ich prázdne. Dostaneme sa do pracovného prostredia pre prácu s výkresom (obr.1.18). V položke Layout máme možnosť vygenerovať jednotlivé pohľady. Tie sa vkladajú do výkresu príkazom General, resp. Projection ak sa jedná o projekčný pohľad z niektorého už existujúceho pohľadu, alebo Detailed ak sa jedná o detail a pod. Jednotlivé pohľady môžu byť zamknuté, aby nebolo možné ich posúvať po pracovnej ploche. Odomykanie, resp. zamykanie jednotlivých pohľadov je možné vykonať príkazom Lock View Movement. Každý výkres môže pozostávať z niekoľkých listov Sheet 1, Sheet 2, atď. Nový list do výkresu pridáme príkazom New Sheet. V prípade, že potrebujeme pridať do toho istého výkresu iný ďalší model súčiastky, použijeme príkaz Drawing Models.

Vo výkrese môžeme okrem pridávania jednotlivých pohľadov z modelu aj kresliť. To je možné zo záložky Sketch (obr.1.19), ktorá nám otvorí nástroje pre skicovanie. Pre prácu s tabuľkami slúži záložka Table (obr.1.20). Kótovanie a prácu s textom vo výkrese vykonávame zo záložky Annotate (obr.1.21).


28

Obr. 1.18 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Layout

Obr. 1.19 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Sketch

Obr. 1.20 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Table

Obr. 1.21 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Annotate

V nasledujúcom popise je ukázaný základný postup generovania jednoduchého

výkresu súčiastky z existujúceho modelu základného nosného rámu kompresora.


29

1. Po aktivácii nového výkresu (obr.1.17) sa postupne dostaneme do pracovného

prostredia (obr.1.18). Po aktivácii príkazu General a umiestnení pohľadu do pracovného poľa sa otvorí okno Drawing View s možnosťami úpravy daného pohľadu (typ pohľadu, spôsob zobrazenia, mierka, rez, zarovnanie, atď...). Takto umiestnime jednotlivé pohľady. Projekčné príkazom Projection, detail príkazom Detailed.

2. Potom je potrebné zo záložky Annotate zrealizovať kótovanie. Pomocou príkazu Show

Model Annotations prostredníctvom dialógového okna vieme zobraziť, resp. vypnúť automaticky kóty a osi, ktoré požadujeme v jednotlivých pohľadoch.


30

3. V prípade potreby vieme použiť aj ručné kótovanie prostredníctvom príslušných

nástrojových ikon. Úpravu kóty robíme prostredníctvom dialógového okna Dimension

Properties, ktoré sa otvorí po kliknutí na príslušnú kótu.

4. Hotový výkres je možné uložiť do „drw“ súboru, alebo vyexportovať do „pdf“ formátu

z položky File prostredníctvom príkazu Save As – Export.


31

1.9. Výpočty základných charakteristík modelu Základné charakteristiky, ktoré je možné vypočítať sa nachádzajú v záložke Analysis hlavného menu (obr.1.22). Z roletového menu Mass Properties je možné zvoliť:

• Mass Properties – pre výpočet objemových charakteristík. • X-Section Mass Properties – pre výpočet prierezových charakteristík.

Obr. 1.22 - Dialógové okno pre výpočet základných charakteristík

Obr. 1.23 - Zadávacie okná pre objemové a prierezové charakteristiky

V oboch prípadoch je potrebné pomocou zadávacích okien (obr.1.23) zadefinovať

súradnicový systém, voči ktorému budú charakteristiky počítané „CSYS“, v prípade objemových charakteristík hustota „Density“ a v prípade prierezových charakteristík rovina rezu, v ktorej sa budú dané charakteristiky počítať „Plane“.

U objemových charakteristík nie je nutné zadávať hustotu v prípade, že na model sme nadefinovali vlastnosti modelu prostredníctvom File – Prepare – Model Properties (obr.1.24). V položke „Material“ je možné otvoriť materiálovú knižnicu a priradiť modelu (súčiastke) požadovaný materiál, ktorý už obsahuje informáciu o hustote. V položke „Units“ je možné zmeniť jednotkový systém. V oboch prípadoch použijeme príkaz „change“.


32

Obr. 1.24 - Dialógové okno pre definovanie vlastností modelu

Z najbežnejších objemových charakteristík, ktoré môžeme získať a sú dôležité pre

technickú prax, sú napr. hmotnosť modelu (súčiastky), objem, poloha ťažiska, momenty zotrvačnosti, atď. Z prierezových charakteristík sú to napr. všetky kvadratické momenty v mieste rezu, poloha ťažiska, poloha centrálnych a hlavných centrálnych osí a pod. Okrem týchto charakteristík je možné vykonávať rôzne merania modelu prostredníctvom príkazov z roletového menu Measure:

• Length – meranie dĺžok na hranách modelu. • Distance – meranie vzdialeností medzi dvoma prvkami. • Angle – meranie uhlov medzi hranami alebo plochami. • Diameter – meranie priemerov valcových plôch. • Area – meranie plošných obsahov. • Volume – objem modelu. • Transform – vzájomná vzdialenosť súradnicových systémov.

1.10. Modelovanie plechových ohýbaných častí Prácu v režime modelovania plechových ohýbaných častí zahájime po otvorení

nového súboru navolením nasledujúcich krokov (obr.1.1):

• V položke Type zvolíme Part. • V položke Sub-type zvolíme Sheetmetal. • Zadáme názov súčiastky Name. • Pokiaľ požadujeme aj ručné nastavenie jednotiek, zrušíme označenie Use default

template a po potvrdení OK vyberieme požadovaný jednotkový systém. V opačnom prípade systém použije prednastavené jednotky konfiguračným súborom.

Po základnom nastavení pracovných podmienok sa zobrazí okno s tromi základnými

rovinami (Front, Top, Right) karteziánskeho súradnicového systému, ktorý predstavuje priestor, v ktorom bude vytvorený nový objekt. V záložke Model (obr.1.25) máme možnosť:

• Extrude – Namodelovať 3D objekt plechu vyťahovaním skice 2D profilu do priestoru. • Planar – Namodelovať 2D rozvinutý plát plechu v rovine. • Flat – Vytvoriť prídavky k zahnutiu na okrajoch plechov. • Flange – Vytvoriť ohnutia, olemovania na okrajoch plechov. • Rip – Rozrezať spojené hrany škrupinových tenkostenných objemových modelov. • Form – Formovať rôzne tvary preddefinovaných alebo vlastných výliskov. • Corner Relief – Vytvoriť rôzne tvary rohov v miestach ohnutia plechov. • Bend / Unbend – Vytvárať 3D model ohýbaním plechu / rozvinúť 3D ohýbaný model.


33

Obr. 1.25 - Pracovné prostredie Creo Parametric - Model (Part) - Sheetmetal

Na obr.1.26 ja zobrazený postup vytvorenia jednoduchého 3D modelu plechovej súčiastky ohýbaním a tvarovaním plechu.

Planar

V prvom kroku je potrebné namodelovať 2D rozvinutý plát plechu v rovine. Po aktivácii budeme vyzvaný k výberu roviny pre skicovanie. Po nakreslení základného tvaru a potvrdení je potrebné ešte určiť hrúbku plechu a potvrdiť.

Bend

Pomocou príkazu Bend ohneme okraje o 90°. Po aktivácii príkazu sa definuje čiara ohybu, polomer v mieste ohnutia a pod. Jedným príkazom je možné vytvoriť iba jedno ohnutie. Pre daný model ich potrebujeme štyri.

Flat

Pomocou príkazu Flat vytvoríme prídavky k zahnutiu, ktoré budú slúžiť pre znitovanie stien dokopy. Po aktivácii príkazu sa definuje umiestnenie (hrana), kde bude prídavok aplikovaný, jeho tvar, rozmery a uhol zahnutia.

Flange

Pomocou príkazu Flange vytvoríme lem na okrajoch. Po aktivácii príkazu sa definuje umiestnenie (hrana), kde bude lem vytvorený, jeho tvar (môžeme použiť preddefinované tvary z roletového menu) a rozmery.

Extrude

Pomocou príkazu Extrude vytvoríme otvory pre umiestnenie spojovacích nitov odobratím materiálu. Postup aplikácie príkazu Extrude v prostredí Sheetmetal je totožný s postupom v prostredí Solid a bol už popísaný v kapitole 1.4.


34

Form

Pomocou príkazu Form je možné umiestniť rôzne tvary výliskov do plechu. K dispozícii je databáza preddefinovaných tvarov, ale je možné vytvoriť si aj vlastný nástroj ako 3D model typu Solid pre vytvorenie výlisku.

Unbend

Nakoniec je možné 3D model rozbaliť príkazom Unbend a získať 2D tvar plechu pred ohnutím.

Obr. 1.26 - Postup vytvorenia 3D modelu s jednotlivými prvkami

Základný tvar môžeme získať aj iným postupom z plne objemového modelu typu Solid, z ktorého následne vytvoríme tenkostenný prvok (škrupinu) príkazom Shell a tú potom prenesieme do prostredia Sheetmetal, kde po rozrezaní hrán príkazom Rip a rozbalení Unbend získame základný tvar plechu Planar (obr.1.27).

Extrude

V prvom kroku je potrebné namodelovať 3D objekt vyťahovaním 2D skice do priestoru pomocou základného konštrukčného prvku Extrude. Postup aplikácie Extrude bol popísaný v kapitole 1.4.

Shell

Zo záložky Model pomocou príkazu Operations – Convert

to Sheetmetal príkazom Shell vyrobíme škrupinu. Po aktivácii je potrebné definovať v položke References plochu, od ktorej bude odobratý vnútorný materiál a definovať hrúbku steny.

Unbend

Pomocou príkazu Edge Rip označíme vonkajšie hrany čím zabezpečíme ich rozrezanie. Po aplikácii príkazu Unbend dostaneme rozbalený tvar plechu.

Obr. 1.27 - Postup prechodu z prostredia Solid do Sheetmetal


35

2.AplikáciaCAEmetódvsystémeCREO

2.1. Pevnostné výpočty v CAD systémoch Medzi najdôležitejšie činnosti konštruktéra pri návrhu novej konštrukcie patrí

predvídanie správania sa tejto konštrukcie v rôznych situáciách. Konštruktér musí vykonávať rôzne typy výpočtov, aby mohol dostatočne vhodne dimenzovať jednotlivé uzly a časti novej konštrukcie, resp. nového stroja, alebo zariadenia. Veľkú časť konkrétnych inžinierskych problémov nie je možné riešiť analyticky. Takto je možné riešiť len veľmi jednoduché úlohy. Bez použitia moderných výpočtových metód sa doposiaľ postupovalo tak, že sa riešený mechanický systém výrazne zjednodušil natoľko, aby bolo možné výsledky porovnať so známymi riešeniami uvedenými v tabuľkách a katalógoch. Tieto postupy sú v súčasnosti pri navrhovaní konštrukcií, strojov a zariadení nepoužiteľné. Preto je nutné aplikovať metódy, ktoré sú schopné riešiť zložité inžinierske úlohy za pomoci dostupnej výpočtovej techniky. Jednou z možností je aplikácia CAE (Computer Aided Engineering) systémov počítačovej podpory inžinierskych výpočtových úloh, ktoré sú založené na princípe metódy konečných prvkov MKP, resp. z anglického FEM (Finite Element Method). Týchto systémov je v súčasnosti veľa a je možné menovať najznámejšie ako napr. Abaqus, Adina, Ansys, Marc, Nastran, Hyper-Works, Creo-Simulate (Pro-Mechanica), atď. Metóda vznikla v období okolo roku 1956 vo výskumnom ústave aeronautiky a kozmickej mechaniky v Ohiu, USA (Wright Paterson Air Force Base). Výskum a vývoj uvedenej numerickej metódy bol vyvolaný striktnou požiadavkou programu Apollo v oblasti vývoja a konštrukcie nosných rakiet. V danom čase a pri známom objeme financií sa po rozbore zistilo, že pomocou experimentu nebolo možné úlohu splniť. Ostala jediná cesta a síce vývoj takej numerickej metódy, ktorá by výpočty potrebné pre projekty nových typov rakiet a ďalších systémov projektu Apollo zvládla. Výsledky výskumu boli ďalej intenzívne využívané na uvedenej vojenskej základni pri projektoch lietadiel, ponoriek, rakiet atď. Táto skutočnosť spôsobila utajenie detailov metódy natoľko, že programy a teoretické články ležali najmenej desať rokov vo vojenských sejfoch. Prvé konferencie v Ohiu (1965 a 1968) uvádzali len strohé informácie. Je zaujímavé, že inžinieri s metódou dlhé roky úspešne počítali, než matematici dokázali konvergenciu metódy a vlastne potvrdili desaťročné výpočtové úspechy. V civilnom sektore sa MKP najviac rozvíjala v rokoch 1965-1975. Pomocou tejto metódy sa dnes rieši celý rad úloh, ktorých realizácia nebola dovtedy možná a to nie len v oblasti mechaniky tuhých telies či sústav. Svojou všeobecnou matematickou formuláciou umožňuje MKP riešiť problém mechaniky hornín, prúdenie kvapalín a plynov, šírenie tepla a žiarenie, stacionárnych a nestacionárnych elektromagnetických polí atď. Rozvoj MKP viedol prirodzene k paralelnému vzniku veľkého množstva programov, ktoré boli založené na princípe algoritmu MKP a vyvíjané spočiatku v univerzitnom prostredí v súvislosti s riešením výskumných úloh. Už v priebehu 60. rokov sa však stále častejšie používalo vyvinutého softvéru k riešeniu inžinierskych úloh, vychádzajúcich priamo z požiadaviek priemyselnej praxe. Záujem o nový výpočtový nástroj potom prirodzene viedol k rozvoju niektorých programov na čisto komerčnej báze. Prakticky všetky súčasné MKP programové systémy majú svoje korene v dobách sálových počítačov a je takmer nemožné v súčasnej dobe preraziť s úplne novým produktom, ktorý nemá za sebou dlhodobú históriu postupného budovania od jednoduchých procedúr jadra až po softvérovo veľmi rozsiahle užívateľské prostredia. Výnimkou v tomto smere je systém Pro-Mechanica, v súčasnosti pod označením Creo-Simulate spoločnosti PTC ako súčasť komplexného CAD/CAM/CAE systému


36

Creo (bývalého Pro-Engineer), ktorý prišiel až v priebehu 90. rokov s novou koncepciou základného algoritmu MKP.

2.2. Charakteristika modulu Creo-Simulate Modul Creo-Simulate v móde Structure umožňuje simulovať, vyhodnocovať

a optimalizovať štrukturálne správanie sa konštrukcií v oblasti statiky, vlastných frekvencií, dynamiky, vzpernej stability, kontaktu a veľkých deformácií s nasledujúcimi jeho vlastnosťami:

1. Priama väzba na systém Creo-Parametric (Pro-Engineer), čo znamená, že všetky potrebné analýzy je možné vykonávať priamo na modeloch súčiastok alebo uzloch z tohto pracovného prostredia, pričom je dodržaná plná asociativita medzi jednotlivými modelmi, t.j. všetky zmeny aplikované na model v ktoromkoľvek režime sa premietnu do všetkých súvisiacich modelov.

2. Automatická tvorba siete tzv. geometrických prvkov, ktoré sú potrebné pre pevnostné analýzy. Generátor prvkov je vybavený nástrojom pre optimalizáciu siete.

3. Generovanie sietí pre štandardnú metódu konečných prvkov a vyhodnocovanie výsledkov z iných riešičov v prípade zložitých výpočtov, pre ktoré je použitie modulu Structure nevýhodné, resp. pre používateľov iných MKP výpočtových systémov ako je napr. ANSYS, Nastran a iné.

4. Zaťaženie a okrajové podmienky je možné aplikovať priamo na geometrické časti alebo časti siete výpočtového modelu. Táto vlastnosť umožňuje zadávať zaťaženie a spôsob uloženia na rovinné alebo rotačné plochy, krivky a body.

5. Vyváženosť požiadaviek na presnosť výpočtového modelu a rýchlosť riešenia. Modul Structure využíva „adaptívnu P - technológiu“, ktorej princíp spočíva v spresňovaní výpočtu napätí a deformácií zvyšovaním stupňa polynómu riešených rovníc.

Modul Structure umožňuje riešiť nasledujúce typy analýz:

1. Statické (Static) - predstavujú výpočty napätí a deformácií súčiastok, alebo zostáv od statického zaťaženia silou, tlakom, momentom s konštantnou hodnotou, alebo jej funkčnou závislosťou, ktorej priebeh je závislý na entite, ku ktorej je definovaná.

2. Modálne (Modal) - umožňujú zistiť vlastné frekvencie analyzovanej súčiastky a sú východzie pre dynamické analýzy.

3. Vzper (Buckling) - výsledkom je tzv. Buckling Load Factor (BLF), pomocou ktorého sa posudzuje bezpečnosť dlhých a štíhlych konštrukčných prvkov voči strate stability.

4. Únava materiálu - výpočet životnosti (Fatique) a predpäťová analýza (Prestress). 5. Dynamické analýzy (Dynamic) - vychádzajú z modálnej analýzy a umožňujú riešiť

rôzne odozvy dynamického zaťaženia súčiastok (Time, Frequency, Shock, Random). 6. Optimalizačné a citlivostné štúdie (Design Study) - sú špičkové nástroje pre aplikáciu

tvarovej a rozmerovej optimalizácie súčiastok a uzlov.

Vzhľadom na tieto vlastnosti je možné aplikovať metódu geometrických prvkov zhruba na 70 až 80% bežných inžinierskych výpočtov. Okrem modulu Structure, určeného pre štrukturálne analýzy je možné tiež použiť modul Thermal, ktorý slúži pre analýzu ustáleného (Steady heat transfer), resp. prechodového (Transient heat transfer) účinku vplyvu teplotných polí na súčiastke. Rieši základnú rovnicu prenosu tepla vedením, resp. prúdením:


37

� � �. �. �� . �. ��

(2.1) kde: k - koeficient tepelnej vodivosti h - koeficient prúdenia

2.3. Princíp metódy geometrických prvkov Pevnostné výpočty v module Creo-Simulate sú založené na metóde geometrických prvkov GEM (Geometrical Element Method). Princíp tejto metódy spočíva podobne ako pri MKP v rozdelení analyzovaného objemu na elementy, ktoré presne rešpektujú vytvorený 3D model. Základným prvkom tejto metódy je štvorsten (tetrahedron). Na obr.2.1 sú zobrazené vygenerované siete geometrických prvkov.

Obr. 2.1 - Vygenerované prvky SOLID na objemových a SHELL na tenkostenných modeloch

Typy používaných prvkov (obr.2.2), ktoré je možné v module Creo-Simulate používať

v rôznej kombinácii pre výpočty možno rozdeliť na:

1. Prvky 3D pre objemové modely - SOLID (Tetra, Brick, Wedge):

Brick Wedge Tetra

2. Prvky 2D pre tenkostenné modely - SHELL (Tri, Quad):

Quad Tri Prvky typu SHELL


38

3. Prvky 1D pre prútové modely - BEAM (s definovaním príslušného prierezu):

Prútová konštrukcia Prvky typu BEAM Obr. 2.2 - Typy používaných prvkov

Pre dosiahnutie požadovanej presnosti výsledkov pri výpočte sa pri metóde geometrických prvkov využíva adaptívna P - technológia.

Adaptívne metódy konečných prvkov používajú pre zabezpečenie kvalitných výsledkov nadstavbu založenú na teórii chýb, modifikujúcu sieť konečných prvkov v procese riešenia za účelom stanovenia aproximovaného riešenia v určitých medziach od „skutočného“ riešenia spojitého problému. Na zmenu siete sa využívajú rôzne techniky, z ktorých najznámejšie sú:

• R - adaptívna metóda pracujúca s pohyblivými uzlami vygenerovanej siete prvkov, • H - adaptívna metóda predstavuje zjemňovanie a zväčšovanie elementov v sieti, • P - adaptívna metóda zmeny rádu bázových funkcií polynómov, • HP - adaptívna metóda je kombináciou vyššie uvedených metód.

V praxi to znamená, že pri výpočte dochádza k porovnaniu vypočítaných hodnôt „a, b,

c“ (deformácie, energie napätosti a strednej kvadratickej hodnoty napätí). Hrany jednotlivých elementov sú rozdelené na rovnaký počet dielov a v jednotlivých bodoch prebieha táto kontrola.

Obr. 2.3 - Rozdelenie hrany Obr. 2.4 - Princíp spresňovania výpočtu


39

Na obr.2.3 je zobrazený princíp rozdelenia hrany a na obr.2.4 princíp spresňovania výpočtu zvyšovaním stupňa polynómu bázových funkcií. Vypočítané hodnoty v n - tej iterácií sú porovnávané s hodnotami z predchádzajúcej iterácie až pokiaľ nedôjde k dosiahnutiu nastavenej presnosti konvergencie. Pokiaľ nie, dochádza k postupnému zvyšovaniu stupňa polynómu až maximálne na 9. Prednastavená hodnota stupňa polynómu je 6 a presnosť výpočtu (konvergencie) 10%, pričom je možné tieto hodnoty ľubovoľne podľa potreby upravovať. Aplikácia P - adaptívnej metódy má významný vplyv na výpočtový proces. Nevhodnou vlastnosťou tejto metódy je zväčšovanie počtu riešených rovníc zvyšovaním stupňa polynómu. Počet rovníc je závislý na počte elementov a na stupni polynómu, pričom je možné dosiahnuť v niektorých iteráciách výpočty so sústavou 300 až 400 tisíc rovníc. Nakoľko dĺžka výpočtu je závislá na hardwarovom vybavení, ale aj na počte rovníc, je nutné výpočtový model upraviť tak, aby počet generovaných elementov nebol zbytočne veľký. Rôzne zaoblenia, zrazenia a malé otvory nepriaznivo ovplyvňujú počet generovaných elementov. Preto je nutné pri vytváraní modelu tieto konštrukčné prvky vytvárať až na konci, aby neboli naviazané na niektoré dôležité prvky modelu a výpočtár potom môže posúdiť vplyv týchto prvkov na kvalitu výpočtu, pričom pokiaľ uzná za vhodné, môže tieto prvky potlačiť funkciou (suppresse). Pri generovaní siete geometrických prvkov sa potom s týmito prvkami nepracuje. Nakoľko generovanie siete prebieha automaticky, dochádza tiež k určitej optimalizácii siete elementov, za účelom získania kvalitného výpočtového modelu. V prípade potreby je možné vykonať aj určité manuálne zásahy do tohto procesu, ktoré vedú k ďalšiemu skvalitneniu siete.

2.4. Definícia výpočtového modelu Kvalitu výpočtu ovplyvňuje rad faktorov, ktoré je potrebné rešpektovať. Základom pre výpočty je mať k dispozícii taký model, ktorý bude čo najviac odpovedať skutočnému stavu. Toto systém Creo spĺňa, nakoľko umožňuje konštruktérom vytvárať také 3D modely, ktoré sú verným obrazom skutočnej súčiastky, ako po stránke rozmerovej tak aj tvarovej. Ďalším faktorom, ktorý ovplyvňuje kvalitu výpočtu, je dôkladná znalosť okrajových podmienok pre definovanie uloženia a spôsobu zaťaženia. Nakoniec je potrebné poznať materiálové vlastnosti. Veľmi dôležitým faktorom je aj úroveň znalostí konštruktéra výpočtára, ktorý musí predvídať spôsob správania sa súčastí pri rôznych typoch uloženia a zaťaženia. Tiež musí byť schopný posúdiť zložitosť modelu vzhľadom k možným komplikáciám vo výpočte. Pre vytvorenie výpočtového modelu je potrebné vykonať nasledujúce kroky:

1. Musí byť vytvorený výpočtový model (objemový, plošný, krivkový), ktorý má byť podrobený potrebným analýzam.

2. Na model je potrebné definovať materiálové vlastnosti (hustota, modul pružnosti, poissonovo číslo, atď.), ktoré sú nevyhnutné pre požadované analýzy.

3. Musí byť presne definovaný spôsob uloženia (constraint). 4. Musí byť definovaný spôsob zaťaženia súčastí (load).

Pre vytvorenie výpočtového modelu je vhodné vytvoriť si vlastný postup, ktorý sa

dodržiava, aj keď systém sám nedovolí obísť niektorý z predpísaných krokov v procese prípravy výpočtového modelu a jeho samotného riešenia.


40

Modul Structure obsahuje knižnicu bežne používaných materiálov, ktorá umožňuje priradiť materiálové vlastnosti jednej, alebo viacerým súčiastkám, v prípade že sa jedná o analýzu celej zostavy.

Obr. 2.5 - Dialógový panel materiálovej knižnice

Na obr.2.5 je zobrazený formulár materiálových vlastností, ktoré sú potrebné pre vykonanie výpočtu. Knižnica tiež umožňuje definovanie ďalších materiálov vyplnením príslušných materiálových vlastností. Charakter materiálov môže byť izotropný (isotropic) s rovnakými mechanickými vlastnosťami vo všetkých smeroch súradnicového systému a pre zložitejšie prípady výpočtov je možné definovať orthotropný (orthotropic) s rôznymi mechanickými vlastnosťami vo všetkých smeroch súradnicového systému, resp. transversely

isotropic, kde sú v smere dvoch osí rovnaké mechanické vlastnosti a v zostávajúcej tretej osi sú mechanické vlastnosti iné. Priradenie materiálu umožňuje vykonávať určité úpravy generovanej siete, preto je vhodné priradiť materiálové vlastnosti na začiatku ako prvé. V prípade zložitejších výpočtov, napr. výpočet životnosti, je potrebné definovať aj ďalšie vlastnosti Fatigue, resp. Failure Criterion, ak požadujeme vyhodnotenie pevnostného výpočtu samotným programom na základe niektorej z teórií pevnosti. Tie si vyžadujú aj definovanie niektorých materiálových limitov (Material Limits).


41

Každá reálna súčiastka je určitým spôsobom uložená. Pokiaľ by neexistovala žiadna väzba na okolie, mala by takáto súčiastka 6 stupňov voľnosti (v kartézskom súradnicovom systéme) 3 rotácie a 3 translácie. Takáto súčiastka sa bežne v konštrukcii strojov nevyskytuje. Preto je nutné v ďalšom kroku definovať uloženie (constraint). V technickej praxi sa vyskytuje niekoľko spôsobov uloženia. Na obr.2.6 sú zobrazené značky najbežnejších uložení v rovine. V module Structure je zavedená univerzálna značka (obr.2.7), ktorá vychádza zo základného kartézskeho súradnicového systému. Odstránenie jednotlivých stupňov voľnosti predstavuje jeden vyplnený obdĺžnik.

Značka

Počet stupňov voľnosti (pohyblivosť telesa)

0 (votknutie)

1 rotácia (kĺb)

1 rotácia a 1 posuv (posuvný kĺb)

Obr. 2.6 - Značky najbežnejších spôsobov uloženia

Univerzálna značka Kartézsky súradnicový systém Obr. 2.7 - Univerzálna značka pre uloženie v module Structure

Uloženie je možné definovať:

• na akúkoľvek geometrickú plochu modelu, • na akúkoľvek priamku alebo krivku (hranu, os), • na bod alebo vrchol geometrie.

Pre definíciu uloženia na jednotlivé prvky platia rôzne obmedzenia, ktoré vychádzajú

z vlastností týchto prvkov vzhľadom k súradnicovému systému a preto tejto problematike bude venovaná samostatná kapitola. Pre definíciu uloženia je k dispozícii zadávací formulár (obr.2.8). Spôsob definície zaťaženia (obr.2.9) vychádza z charakteristiky daného zaťaženia. Súčiastky alebo jednotlivé uzly sú namáhané rôznymi typmi zaťaženia:

• silou, • momentom, • gravitáciou, • tlakom, • premenlivým zaťažením vzhľadom k rozmeru daného prvku, na ktorý je definované, • premenlivým zaťažením závislým na čase, pokiaľ sa jedná o dynamické analýzy, ...

Zaťaženie je možné definovať na:

• na akúkoľvek geometrickú plochu modelu, • na akúkoľvek priamku alebo krivku (hranu, os), • na bod alebo vrchol geometrie.


42

Obr. 2.8 - Zadávací formulár uloženia Obr. 2.9 - Zadávací formulár zaťaženia

Okrem štandardných zadávacích formulárov (obr.2.8 a 2.9) pre uloženie a zaťaženie

modelu ponúka modul Structure aj prístup do zadávacích formulárov pre špecifické prípady uloženia a zaťaženia (obr.2.10).

Uloženie modelu (Constraints) Zaťaženie modelu (Loads)

Obr. 2.10 - Spôsoby uloženia a zaťaženia modelu

Planar - Uloženie rovinné. Pin - Uloženie čapové. Ball - Uloženie guľové. Pressure - Zaťaženie tlakom. Bearing - Zaťaženie rozložením sily do otvorov. Temperature - Zaťaženie účinkom teplotnej rozťažnosti. Gravity - Zaťaženie gravitáciou pôsobením vlastnej tiaže. Centrifugal - Zaťaženie uhlovou rýchlosťou a uhlovým zrýchlením pri rotácii. Preload - Zaťaženie predpätím.


43

2.5. Metodika výpočtu statickej analýzy Ak je správne vytvorený výpočtový model, je možné pristúpiť k vykonaniu požadovanej analýzy (obr.2.11). Základným typom sú statické analýzy, ktoré umožňujú realizovať pevnostné výpočty súčiastok a zostáv, výsledkom ktorých sú hodnoty rôznych typov napätí, deformácií, atď. Modul Creo-Simulate v móde Structure využíva pre výpočty P-adaptívnu technológiu, ako bolo vysvetlené v kapitole 2.3. Pre výpočty je možné voliť jednu z troch metód:

1. Quick Check – rýchla (nástrelná) metóda, ktorá nerobí kontrolu konvergencie výpočtu. Stupeň polynómu je nastavený na hodnotu 3. Je možné nastaviť počet bodov, ktoré rozdeľujú hrany elementu. Výsledkom tejto metódy je deformácia a napätie analyzovanej súčiastky. Vzhľadom na to, že generovanie prvkov siete je súčasťou analýzy, je zabezpečená aj diagnostika tvorby siete. Dôležitým výsledkom tejto analýzy je poznanie, že výpočtový model sa správa tak, ako používateľ predpokladá. Tento výpočet teda slúži hlavne ku kontrole správnosti nadefinovaného výpočtového modelu. Výsledné hodnoty napätí a deformácií nemusia odpovedať svojou presnosťou realite, ale sú veľmi blízke.

2. Single-Pass Adaptive – táto metóda vykonáva výpočty v dvoch iteráciách, pričom v prvej iterácii je stupeň polynómu nastavený na hodnotu 3 a druhá iterácia má maximálny stupeň polynómu 9. Táto metóda sa používa predovšetkým pre kontaktné analýzy, výpočet kritickej vzpernej sily, pri modálnych analýzach. Výsledkom tejto analýzy je taktiež napätie a deformácia. Okrem toho je možné zistiť, u ktorých prvkov nebol pri maximálnom stupni polynómu urobený korektný výpočet.

3. Multi-Pass Adaptive – podrobná metóda výpočtu, využívajúca P-adaptívnu technológiu k zvyšovaniu stupňov polynómu u prvkov, u ktorých nie je dodržaná predpísaná konvergencia. Metóda kontroluje predpísanú konvergenciu pri výpočtoch. Vo výslednom zobrazení modelu je možné zistiť, v ktorej iterácii bola dosiahnutá požadovaná hodnota konvergencie a umožňuje správne vyhodnotiť dosiahnuté výsledky. Touto metódou je možné získať veľmi presné hodnoty deformácie a napätí, ktoré sa u tvarovo jednoduchých príkladov neodlišujú od analytického výpočtu. U tvarovo zložitých súčiastok je v praxi vhodné vykonávať aj experimentálne merania, ktoré by potvrdili dosiahnuté výsledky.

Priebeh pevnostného výpočtu je náročný na výkon procesora a operačnej pamäti

počítača. Vzhľadom k veľkému počtu rovníc, ktoré musia byť vyriešené (bežne okolo 200 až 300 tisíc rovníc), je nutné nakonfigurovať nastavenie výpočtu tak, aby odpovedalo výpočtovým možnostiam počítača. Toto nastavenie (obr.2.12) je vhodné vykonať pre každý analyzovaný model. Pokiaľ to používateľ neurobí, ostanú prednastavené parametre systémom:

• Nastavenie pracovných adresárov – kde budú umiestnené výsledné súbory a adresáre, do ktorého budú ukladané priebežné výsledky.

• Nastavenie spôsobu tvorby elementov – generovanie siete elementov je možné nastaviť tak, aby sa vytvárali v prvej fáze výpočtu, alebo aby boli prevzaté z niektorého z predchádzajúcich výpočtov.

• Nastavenie veľkosti pamäte – odporúča sa nastavenie veľkosti pamäte na polovicu celkovej veľkosti operačnej pamäte počítača.


44

Obr. 2.11 - Vstupný formulár analýz Obr. 2.12 - Nastavenie výpočtu

Statická analýza prebieha v niekoľkých krokoch, pričom používateľ môže pomocou

výstupného súboru sledovať priebeh výpočtu (obr.2.13). Vo výstupnom súbore možno nájsť dôležité informácie:

• Nastavenie analýzy, veľkosť pamäte. • Kontrola modelu pred generovaním prvkov. • Automatické generovanie prvkov. • Výpočet napätí a deformácií v 1. až max. 9. iterácii. • Výsledné hodnoty objemových vlastností modelu. • Výsledné hodnoty pevnostnej analýzy. • Chybové hlásenia v prípade, že analýza neprebehla úspešne.

Obr. 2.13 - Výpis analýzy


45

2.6. Zobrazenie a interpretácia výsledkov Posledná fáza pevnostného výpočtu je zobrazenie výsledkov a ich správna interpretácia, čo môže byť v mnohých prípadoch dosť zložité a záleží na praktických skúsenostiach používateľa. Ten musí predpokladať akým spôsobom sa bude súčiastka alebo celý uzol správať. Musí teda vedieť, k čomu sa má dopracovať. V prípade, že výsledky neodpovedajú predpokladom, je potrebné hľadať chyby, ktoré môže obsahovať samotné zadanie, resp. výpočtový model a pod. Ak analýza prebehla úspešne, je možné pristúpiť k zobrazeniu výsledkov. Creo-Simulate ponúka pre zobrazenie tieto vypočítané merané veličiny (obr.2.14).

Meraná veličina Typ veličiny Stress Napätie Von Mises Napätia podľa HMH

Max Principal Maximálne hlavné napätie Mid Principal Stredné hlavné napätie Min Principal Minimálne hlavné napätie Max. Shear Stress Maximálne šmykové napätie XX ... ZZ Napätie v osiach

Displacement Deformácia Magnitude Celková hodnota deformácie X, Y, Z Deformácia v osiach

Strain Pomerná deformácia

Max Principal Maximálna hlavná Mid Principal Stredná hlavná Min Principal Minimálna hlavná XX ... ZZ V jednotlivých osiach

Rotation Natočenie Magnitude Celková hodnota natočenia X, Y, Z Natočenie okolo osí

Beam Resultant Výsledné zaťaženie prútov

Force ... X, Y, Z Zložky síl Moment ... X, Y, Z Zložky momentov

Strain Energy Deformačná práca P-Level Dosiahnutie požadovanej konvergencie na hranách elementov

Obr. 2.14 - Tabuľka vypočítaných meraných veličín

Pomocou vstupného formulára pre zobrazenie výsledkov (obr.2.15) je možné

nastaviť: • Názov a popis okna. • Vybrať analýzu, z ktorej chceme zobraziť výsledky. • Nastaviť spôsob zobrazenia (Fringe, Graph, Vectors, Model - vidˇ. obr.2.16 a 2.17). • Vybrať meranú veličinu a nastaviť spôsob jej zobrazenia. • Vybrať typ meranej veličiny.

Meraná veličina a jej typ sa vyberá v záložke Quantity. V záložke Display Options sa

vykonáva nastavenie okna. Záložka Display Location je určená pre prípad, ak potrebuje používateľ získať meranú veličinu na konkrétnej entite. Spodným tlačidlom OK and Show sa otvorí okno s vyobrazením požadovaných výsledkov.


46

Obr. 2.15 - Vstupný formulár pre zobrazenie výsledkov

Poslednou fázou výpočtu je správna interpretácia dosiahnutých výsledkov, kde

konštruktér musí správne interpretovať výsledné hodnoty vybranej meranej veličiny. Pre správnu interpretáciu výsledkov slúžia nasledujúce kritériá:

1. Výpočtový model sa správa tak, ako sa predpokladalo. To znamená, že je potrebné spustiť animáciu deformácie modelu.

2. Druhou indíciou sú napäťové špičky, ktorých výskyt odpovedá predpokladom napr. z hľadiska tvarovej zložitosti (ostré hrany, zápichy, a pod.).

3. Veľkosť napätí a deformácií odpovedá radovo predpokladaným alebo analyticky vypočítaným hodnotám.

Veľmi vhodné je pre prvé posúdenie týchto kritérií použiť práve rýchlu výpočtovú

metódu Quick Check, ktorú je možné po odladení výpočtového modelu spresniť niektorou z ďalších dvoch presných výpočtových metód (Single-Pass Adaptive, Multi-Pass Adaptive). Aj keď je táto metóda iba „nástrelná“ a nekontroluje konvergenciu výpočtu, nemusí dávať presné výsledky, pre prvé posúdenie správnosti výpočtového modelu je postačujúca.

Pre prvú predstavu o hodnotách vybranej meranej veličiny slúži farebná paleta, ktorá je umiestnená vpravo hore. Pre získanie presných hodnôt napätí alebo deformácií na povrchu modelu slúži položka Info, pomocou ktorej je možné získať nasledujúce hodnoty:

• Dynamic Query – vypočítaná hodnota v ľubovoľnom mieste modelu. • View Max – maximálna viditeľná hodnota (pre aktuálnu polohu modelu). • View Min – minimálna viditeľná hodnota (pre aktuálnu polohu modelu). • Model Max – maximálna hodnota z celého modelu. • Model Min – minimálna hodnota z celého modelu.


47

Obr. 2.16 - Zobrazenie výsledkov typu „Fringe“ a „Vectors“

Obr. 2.17 - Zobrazenie výsledkov typu „Model“ a „Graph“

Ďalšia možnosť ako získať predstavu o priebehu meraných hodnôt je aplikácia rezov

výpočtovým modelom. Môžeme použiť dva druhy rezov, nachádzajúce sa v položke Insert : • Cutting Surface – je vytvorená rezová rovina, priebehy meraných veličín sú zobrazené

iba v tejto rovine (obr.2.18 vľavo). • Capping Surface – model je rozdelený rovinou, jedna časť je zobrazená, druhá časť je

skrytá (obr.2.18 vpravo).


48

Obr. 2.18 - Zobrazenie výsledkov typu „Cutting Surface“ a „Capping Surface“

V oboch prípadoch zobrazenia je možné pomocou položky Dynamic zadávacieho

panela pre Cutting a Capping Surface posúvať rezovú rovinu pohybom myši.

2.7. Obmedzenia použitia modulu Structure Je potrebné poznamenať, že výpočty v bežnej technickej praxi sú realizované v oblasti lineárnych úloh, t.j. v oblasti pružných – elastických deformácií, resp. v oblasti platnosti Hookovho zákona (obr.2.19).

Obr. 2.19 - Pracovný diagram

Princíp definovania spôsobu uloženia súčiastky je založený na odstraňovaní stupňov voľnosti. Ak sa teleso nachádza v kartézskom súradnicovom systéme a nie je žiadnym spôsobom uložené, uchytené, ukotvené, má 6 stupňov voľnosti – D.O.F. Ak priradíme ktorémukoľvek bodu uloženie, je toto možné zmeniť odoberaním stupňov voľnosti.


49

a) 6 - D.O.F. b) 1 - D.O.F. c) 0 - D.O.F. d) 0 - D.O.F. Obr. 2.20 - Odstraňovanie stupňov voľnosti

Spôsob uloženia súčiastky je možné definovať na rôzne entity (body, hrany, krivky, plochy). Uloženia definované na krivku alebo plochu v sebe nesú určité obmedzenia. Pokiaľ sa jedná o objemový model, systém uvoľnenie rotácie ignoruje. Na obr.2.20a je zobrazený objemový prvok tetrahedron, umiestnený v kartézskom priestore. Pokiaľ na jeden jeho vrchol umiestnime podperu, ktorá má všetkých 6 stupňov voľnosti pohybu, je možné tento prvok natáčať okolo všetkých osí a zároveň posúvať v smere všetkých osí. V prípade, že umiestnime podperu do druhého vrcholu (obr.2.20b) a hrana, ktorá tieto vrcholy spája je rovnobežná s niektorou z osí, je možné s týmto prvkom rotovať iba okolo tejto rovnobežnej osi. Sú teda odstránené dve rotácie. V prípade, že hrana nebude rovnobežná so žiadnou z osí súradnicového systému (obr.2.20c), alebo umiestnime podperu aj do tretieho vrcholu (obr.2.20d), rotácia je úplne odstránená. Z toho vyplýva, že pokiaľ je súčiastka uložená pomocou plochy, nie je možné povoliť rotáciu. Ak teda budeme analyzovať objemové modely, nie je možné ich uložiť inak ako na plochu. Pokiaľ by bolo uloženie definované na hranu alebo do vrcholu, výsledky analýzy by neodpovedali skutočnosti. V prípade takéhoto uloženia sa jedná o singularitu, ktorej následkom môže byť extrémne vysoké napätie v oblasti podpery. Niektoré typy uloženia majú jednoznačne určený typ entity, na ktorú je možné uloženie definovať (obr.2.21). Tak ako uloženie súčiastky na rôzne typy entít, umožňuje systém definovať aj zaťaženie na rôzne typy entít. Sú to bod, hrana, krivka, plocha. Niektoré typy zaťaženia majú jednoznačne určený typ entity, na ktorú je možné zaťaženie definovať (obr.2.22).

Obr. 2.21 - Definícia uloženia typu „Pin“ Obr. 2.22 - Definícia zaťaženia typu „Bearing“


50

Tlak (Pressure) je možné definovať napríklad iba na plochy. V tomto prípade sa zadáva iba hodnota tlaku. Smer vektora tlaku je vždy normála k ploche. Definovať zaťaženie typu Bearing je možné iba na valcovú plochu, pričom je nutné zadať smer zaťaženia X, Y, Z. Priebeh rozloženia zaťaženia má tvar elipsy. Zaťaženie objemovými silami ako je Gravity a Centrifugal si nevyžaduje definovať entitu, na ktorú bude zaťaženie aplikované, nakoľko sa jedná o zaťaženie vyplývajúce z vlastnej tiaže. V prvom prípade sa definuje len veľkosť gravitačného zrýchlenia v smere príslušnej osi X, Y, Z a v druhom prípade veľkosť uhlovej rýchlosti, resp. aj uhlového zrýchlenia v smere vektora do príslušnej osi X, Y, Z.

Ďalším spôsobom zadania zaťaženia je zadanie sily alebo momentu na plochu, hranu, krivku alebo do bodu. Aj keď to systém umožňuje, je potrebné si uvedomiť obmedzenia, ktoré z toho vyplývajú. Môžeme to ukázať na jednoduchom príklade obojstranne votknutého nosníka zaťaženého osamelou silou v strede (obr.2.23a).

a)

b) c) Obr. 2.23 - Aplikácia zaťaženia osamelou silou na objemový model

Ak je nosník zaťažený osamelou silou nastáva problém, akým spôsobom zaťaženie

definovať. Ak bude použitá plocha, resp. časť plochy, je možné predpokladať, že bude zaťaženie po celej šírke nosníka. Nie je však jasné na akú veľkú plochu má sila pôsobiť. Pri použití „Solid“ modelov je nutné zadávať silu na plochu a čo najviac sa priblížiť reálnym podmienkam. Na obr.2.23c je zobrazené akým spôsobom je možné model upraviť tak, aby odpovedal zadaniu. Úprava spočíva v doplnení rúrky, o ktorú sa opiera matica s podložkou do miesta zaťaženia. Sila pôsobí uprostred nosníka v osi skrutky a je na nosník prenášaná pomocou podložky a matice na presne definovanú plochu. Táto úprava odpovedá skutočnému zaťaženiu nosníka. Na obr.2.23b je zobrazený priehyb upraveného nosníka. Je jasné, že v mieste zaťaženia (osamelou silou) nedochádza k nežiaducim deformáciám stien profilu. Takáto úprava má teda za následok zlepšenie pevnostných vlastností nosníka.

Ďalší typ zaťaženia, ktorý môže nastať je zaťaženie momentom. Pri zaťažení nosníka silou alebo spojitým zaťažením pôsobiacim kolmo na pozdĺžnu os nosníka je nosník namáhaný ohybovým momentom. V prípade, že sila pôsobí mimo pozdĺžnej osi nosníka (obr.2.24a), nosník je namáhaný kombinovaným zaťažením (ohybom a krutom). Na obr.2.24b je zobrazený model nosníka. Aby bolo možné definovať zaťaženie, je potrebné si


51

uvedomiť, že zaťaženie pôsobiace mimo osi nosníka na ramene „R“ bude pôsobiť nie len ako sila, ale aj ako moment. Bude teda potrebné definovať zaťaženie nie len silou, ale aj momentom.

a) b) c)

d) Obr. 2.24 - Aplikácia zaťaženia momentom na objemový model

Pre definíciu výpočtového modelu platia nasledujúce pravidlá:

1. Model môže mať niekoľko samostatných spôsobov uloženia („Constraint Set“) a niekoľko samostatných spôsobov zaťaženia („Load Set“).

2. Pre jeden typ analýzy je možné použiť iba jeden spôsob uloženia, ale môžeme použiť niekoľko spôsobov zaťaženia.

Aby bolo možné posúdiť správanie sa modelu pri zaťažení silou aj krútiacim

momentom, bude každý tento spôsob zaťaženia definovaný samostatne. Na obr.2.25 je zobrazený rozdiel spôsobu definície zaťaženia silou a momentom. Na rozdiel od zaťaženia silou na plochu je nutné pre zaťaženie momentom určiť navyše os rotácie. Ak bude vybraná valcová plocha, je potrebné určiť bod, ktorým prechádza os. Pomocou funkcie „Advanced“, je možné definovať zaťaženie, ktoré je vzťahované na bod, (pre tento účel je potrebné mať vytvorený bod ležiaci na osi). Pre definíciu momentu je potrebné zvoliť položku „Total Load

at Point“, ktorá umožní definovať os, okolo ktorej pôsobí krútiaci moment. Na obr.2.24c je zobrazený priebeh tohto momentu. Na obr.2.26 je zobrazený spôsob definície statickej analýzy. Aktivované sú obidva definované spôsoby zaťaženia, ako silou LoadSet1, tak aj zaťaženie momentom LoadSet2. Výsledky tejto analýzy sú zobrazené na obr.2.24d, kde je vidieť akým spôsobom je nosník namáhaný samostatne ohybom a samostatne krutom. Zároveň je možné zobraziť aj výsledky pri kombinácii oboch zaťažení súčasne. Aké výsledky chceme zobraziť závisí od definovania v dialógovom okne na obr.2.27.


52

Obr. 2.25 - Rozdiel spôsobu zaťaženia silou a momentom

Obr. 2.26 - Definícia analýzy Obr. 2.27 - Definícia výsledkov analýzy


53

2.8. Príprava modelu pre pevnostné analýzy pomocou regiónov Jedným zo základných nástrojov pri tvorbe modelu pre pevnostné analýzy sú tzv. regióny. Slúžia k rozdeleniu celistvých plôch prípadne objemov na požadované časti, na ktoré je potom možné nadefinovať uloženie (Constraint) alebo zaťaženie (Load). Plošný región slúži k rozdeleniu plochy na požadované časti. Je možné ho vytvoriť aktivovaním príkazu zo záložky Refine Model – Surface Region (obr.2.30). Po aktivovaní tohto príkazu je potrebné v položke References definovať skicovaciu rovinu (Sketch), v ktorej bude tvar príslušného regiónu nakreslený a plochy (Surfaces), na ktoré bude aplikovaný. Po výbere skicovacej roviny sa otvorí prostredie skicára, kde je potrebné príslušný región nakresliť a po ukončení skicára sa premietne na definovanú plochu. Na takto pripravený región je potom možné aplikovať príslušné zaťaženie alebo uloženie (obr.2.28).

Obr. 2.28 - Sila aplikovaná na plošný región Obr. 2.29 - Elementy vygenerované pri

aplikácii objemového regiónu

Objemové regióny na rozdiel od plošných nepatria až tak často k využívaným simulačným prvkom. Pomocou nich je možné v modeloch vytvoriť v podstate ľubovoľnú objemovú časť. K ich modelovaniu je možné využiť takmer všetky modelovacie techniky ako je to u modelovaní súčiastok v štandardnom móde systému Creo-Parametric, vrátane pokročilých modelovacích techník. Pomocou objemových regiónov je možné ovplyvniť automatickú tvorbu elementov pre výpočet analýzy. Vytvorením ďalších hraničných oblastí modelu dôjde k zahusteniu výpočtových elementov modelu v danej oblasti (obr.2.29). Objemový región je možné vytvoriť aktivovaním príkazu zo záložky Refine Model – Volume Region (obr.2.30). Po aktivovaní tohto príkazu je potrebné v položke Placement definovať skicovaciu rovinu (Sketch), v ktorej bude tvar príslušného regiónu nakreslený. Po výbere skicovacej roviny sa otvorí prostredie skicára, kde je potrebné príslušný región nakresliť a po ukončení skicára vysunúť nakreslenú skicu cez existujúci pôvodný objem modelu, čím sa model rozdelí na požadovanú podoblasť. Okrem toho, že objemový región ovplyvňuje tvorbu siete, podobne ako pri plošnom regióne je možné na takto pripravený región aplikovať aj príslušné zaťaženie alebo uloženie.

Regióny (Regions) Idealizácie (Idealizations)

Obr. 2.30 - Regióny a idealizácie výpočtového modelu


54

2.9. Idealizované prvky v pevnostných analýzach Využitie idealizovaných prvkov pri tvorbe modelu pre pevnostné analýzy môže výrazne zjednodušiť výsledný výpočtový model a zároveň skrátiť čas výpočtu a jeho nároky na hardware počítača. Je však potrebné mať na pamäti, že využitím idealizovaných prvkov môže dôjsť k ovplyvneniu výsledkov radovo až v desiatkach % pri ich nevhodnom použití. Structure umožňuje vytvoriť modely ako objemové (Solid), ako idealizované (Shell, Beam), alebo ako ich kombinácie. Všetky idealizované prvky sa vytvárajú aktivovaním príkazu zo záložky Refine Model – Idealizations (obr.2.30). Je možné vytvárať idealizované prvky typu:

• SHELL – škrupina, • BEAM – nosník, • MASS – hmota, • SPRING – pružina.

Idealizované prvky typu škrupina (Shell) sú vhodným nástroj pre zjednodušenie

výpočtového modelu u tenkostenných súčiastok, kde hrúbka steny súčiastky je výrazne menšia ako jej dĺžka a šírka, napr. profily, rúrky, tlakové nádoby a pod. Systém podporuje rovnaké typy uloženia a zaťaženia ako pre modely objemového typu, tak aj pre idealizované modely. Je však potrebné brať do úvahy zmenu geometrie modelu v priebehu jej kompresie na škrupinu (Shell). Z tohto dôvodu nebudú u škrupín fungovať uloženia a zaťaženia závislé na jednotkách (napr. sila na plošnú jednotku a pod.). Pri využití idealizovaného prvku typu SHELL môže dôjsť v dôsledku rozloženia elementov k výpočtu vyšších hodnôt napätí ako u modelu typu SOLID, alebo ako pri analytickom riešení. K tomuto dochádza hlavne v prípade idealizácií zložitejších súčiastok, resp. u modelov využívajúcich regióny. Z tohto dôvodu je vhodné skontrolovať rozloženie vygenerovaných elementov (AutoGEM – Create) pred spustením analýzy, či niekde nie sú ostré prechody medzi oblasťami, kde je elementov veľa a oblasťami, kde je naopak elementov málo. Na hraniciach medzi týmito oblasťami sa prejavuje koncentrácia napätí a dochádza teda k výpočtu vyšších hodnôt napätí. Techniky ako ovplyvniť generovanie elementov budú popísané v jednej z nasledujúcich kapitol. Je niekoľko možných postupov v modelovaní škrupín:

• Vytvorenie jednotlivých škrupín ako vrstiev na povrchových plochách súčiastky – Standard Shell. Výpočtový model je potom zlúčený z objemu súčiastky (SOLID) a škrupín (SHELL), ktoré boli nadefinované. Je nutné nadefinovať hrúbku škrupiny a materiál. Slúži pre simuláciu prípadov, kde má povrchová vrstva súčiastky iné materiálové vlastnosti ako samotná súčiastka. Výpočtový model nie je zjednodušený, ale naopak sa komplikuje. Tento postup je vhodný aj pre tvorbu výpočtového modelu, ktorý je vytvorený pomocou plôch.

• Kompresia objemu súčiastky do plochy prechádzajúcej stredom oblasti ohraničenej vybranou dvojicou plôch – Midsurface Shell (obr.2.31). Škrupina prevezme materiálové vlastnosti súčiastky a hrúbku stien určí podľa vzájomnej vzdialenosti vybraných rovín (Shell Pair). Vedie k významnému zjednodušeniu výpočtového modelu a je najčastejšie používaným idealizovaným prvkom typu škrupina (Shell).

• Objemová škrupina (Shell), ktorá sa vytvára ako v predchádzajúcom prípade, ale umožňuje priradenie iného materiálu a hrúbky stien nezávisle na rozmeroch súčiastky.


55

Model súčiastky Strednicová plocha Vygenerované elementy

Obr. 2.31 - Idealizácia modelu typu Midsurface Shell

Odporúčania pre tvorbu idealizovaných prvkov typu škrupina: • Vytvárať škrupiny vtedy, keď už má model vytvorené všetky regióny potrebné pre

správne rozmiestnenie uloženia (Constraints) a zaťaženia (Loads). • V maximálnej možnej miere zjednodušovať model. Pokiaľ je to možné, využívať

symetriu modelu a pod. Potlačiť všetky prvky geometrie, ktoré majú iba kozmetický efekt (zrazenia hrán, atď.).

Obr. 2.32 - Definovanie škrupiny Shell Obr. 2.33 - Definovanie škrupiny Shell Pair


56

Prvok typu škrupina (Shell) je možné vytvoriť aktivovaním príkazu zo záložky Refine

Model – Shell. Škrupina sa nadefinuje vyplnením príslušného dialógového okna (obr.2.32). K dispozícii sú dva typy škrupín: Single a Advanced. U škrupín typu Single sa definuje jeho hrúbka a materiál. Škrupina typu Advanced umožňuje definovať materiál buď ako homogénny, alebo laminárny s ďalšími nástrojmi, ktoré umožňujú definovať orientáciu materiálu. Škrupinu je možné pomenovať a je nutné nadefinovať plochy súčiastky, na ktorých má byť vytvorená. Hrúbka škrupiny typu Single sa pridáva rovnomerne na obe strany zvolenej plochy. Prvok typu Midsurface je možné vytvoriť aktivovaním príkazu zo záložky Refine Model

– Shell Pair. Pre tvorbu škrupiny typu Midsurface je nutným predpokladom existencia vonkajšej a vnútornej plochy pôvodnej geometrie súčiastky, ktoré sú vzájomne rovnobežné. Prvá vybraná plocha geometrie sa označí na červeno a stane sa referenčnou pre vytváranú idealizáciu. Protiľahlá paralelná geometria sa potom po výbere označí na žlto. Pre definíciu je potrebné použiť príslušné dialógové okno (obr.2.33). Idealizované prvky typu prút (Beam): Ďalším typom idealizovaných prvkov sú prvky typu Beam. Prút, resp. nosník (Beam) je jednorozmerová idealizácia, ktorá v 3D priestore reprezentuje súčiastky, ktorých dĺžka je výrazne väčšia ako rozmery v zostávajúcich dvoch smeroch a ich prierez je jednoduché zovšeobecniť. Pri tvorbe prúta je teda kľúčová jeho dĺžka, tvar prierezu a jeho orientácia voči globálnemu súradnicovému systému. V natívnom móde modulu Structure sa prút (Beam) považuje za prvok s konštantným prierezom po celej jeho dĺžke. Definovanie prútov je riadené prostredníctvom trojice súradnicových systémov. Pri definovaní sa určuje tzv. smer Y (Y Direction), ktorý udáva orientáciu akčného súradnicového systému prúta BACS (silové účinky pôsobiace na prút sú orientované podľa tohto súradnicového systému) vzhľadom ku globálnemu súradnicovému systému modelu. Ďalší je súradnicový systém prierezu prúta BSCS (vzhľadom k tomuto súradnicovému systému sa orientuje prierez prúta). Posledný súradnicový systém BCPCS je vytvorený systémom a v ňom vyjadrená väčšina výsledkov vyšetrených veličín na prúte. Pomocou idealizovaných prvkov typu Beam je možné v module Structure vyšetrovať rovinné aj priestorové prútové sústavy. Prvok typu prút je možné vytvoriť aktivovaním príkazu zo záložky Refine Model –

Beam. Prút sa nadefinuje vyplnením príslušného dialógového okna (obr.2.34):

• References – umožňuje vybrať referencie modelu pre vytvorenie prúta (dvojicu bodov, hranu, bod a hranu, atď.).

• Material – výber materiálu vytvoreného prúta. • Y Direction – určuje orientáciu osi Y akčného súradnicové systému prúta BACS. • Section – definícia prierezu prúta a jeho rozmerov. Je možné využiť preddefinované

tvary prierezov, alebo vytvoriť si vlastný a pridať ho do knižnice. • Orientation – definuje orientáciu prierezu prúta vzhľadom k BACS. • Release – definuje stupne voľnosti na koncoch prúta.


57

Obr. 2.34 - Dialógové okno pre definíciu prúta Obr. 2.35 - Model prútovej sústavy

Použitie idealizovaných prvkov prináša určité obmedzenia, o ktorých je potrebné

vedieť. Pre vymedzenie použiteľnosti prvkov typu Shell a Beam boli použité nasledujúce hodnoty. Pre konštantnú hodnotu σo= 13,5MPa; L=1310-2000mm, D=60mm, t=3-11mm.

Schéma zaťaženia Model nosníka Obr. 2.36 - Modelová situácia pre vymedzenie použiteľnosti idealizovaných prvkov


58

Obr. 2.37 - Odchýlka vypočítaných deformácií v Creo-Simulate od analytického výpočtu pre

prvok Shell (vľavo) a pre prvok Beam (vpravo)

Idealizované prvky typu hmota (Mass) umožňujú simulovať pôsobenie hmoty, pričom nie je potrebné špecifikovať tvar a rozmery hmoty. Dá sa aplikovať iba na priesečník kriviek (vertex), alebo na bod. Aktivuje sa zo záložky Refine Model – Mass vyplnením príslušného dialógového okna (obr.2.38).

Idealizované prvky typu pružina (Spring) umožňujú simulovať pružiny a pružné dielce. Najčastejšie sa definuje medzi dva body. Structure je schopný simulovať pružiny tlačné, ťažné aj torzné. Aktivuje sa zo záložky Refine Model – Spring vyplnením príslušného dialógového okna (obr.2.39).

Obr. 2.38 - Dialógové okno pre Mass Obr. 2.39 - Dialógové okno pre Spring


59

2.10. Možnosti ovplyvnenia tvorby siete Modul Creo-Simulate Structure disponuje automatickým generovaním siete elementov. Tento nástroj umožňuje používateľovi pohodlnú realizáciu potrebných analýz. Veľmi často sa stáva, hlavne v prípade zložitých modelov, že automatický generátor geometrických prvkov nie je schopný korektne zabezpečiť nasieťovanie modelu, alebo výsledky analýz vykazujú na prvý pohľad nezmyselné údaje. V mnohých prípadoch sú tieto problémy spôsobené chybami objemového modelu. Niekedy stačí spraviť zmeny v geometrii modelu, potlačiť problematické konštrukčné prvky (napr. diery vytvorené pomocou funkcie „Hole“ za použitia normalizovaných tvarov), inokedy je potrebné prikročiť k úpravám siete prvkov. Preto generátor prvkov umožňuje určité zasahovanie do riadenia tvorby siete. Tvorba siete sa aktivuje zo záložky Refine Model – AutoGEM. Po spustení Create sa vygeneruje na model sieť geometrických prvkov na základe nastavení (Settings). Súčasne je používateľ oboznámený pomocou výpisu (obr.2.42) so štruktúrou siete. Vytvorenú sieť je možné uložiť a použiť pri analýzach.

Obr. 2.40 - Nastavenie vlastností Obr. 2.41 - Nastavenie limitov uhlov

Nástroj AutoGEM umožňuje používateľovi vykonať rôzne nastavenia, ktoré vedú k úpravám siete prvkov. Tieto nastavenia je možné realizovať príkazom AutoGEM – Settings. Na obr.2.40 a 2.41 sú zobrazené štandardné nastavenia generátora siete prvkov. Toto nastavenie by malo zabezpečiť korektné vygenerovanie siete prvkov vo väčšine prípadov analyzovaných súčiastok.


60

Pokiaľ sa pri tvorbe siete vyskytne problém, automatický generátor nemôže zvládnuť sieťovanie, vytvorená sieť nie je podľa predstáv používateľa, je možné toto nastavenie upraviť. Z obr.2.40 a 2.41 je zrejmé, že tento nástroj má dva typy nastavení:

1. Položka „Settings“ – umožňuje ovplyvniť sieťovanie zmenou niektorých vlastností tohto nástroja, alebo ich kombináciou.

2. Položka „Limits“ – umožňuje upraviť nastavenie minimálnych a maximálnych uhlov elementov.

Ďalšou možnosťou úpravy siete elementov je nastavenie typu geometrických prvkov

pre objemové modely. V prvej časti dialógového okna sú zaškrtnuté položky „Reentrant

Corners, Point Loads a Point Constraits“. Tieto funkcie umožňujú eliminovať vplyv prípadných singularít, ktoré môžu vzniknúť pri opakujúcich sa rohoch, definovaní zaťaženia, alebo uloženia. Tieto singularity vedú k vzniku koncentrácií napätí, ktoré by mohli znehodnotiť výsledky. Tieto voľby je vhodné ponechať.

Vlastnosť „Insert Points“ zabezpečuje pridanie vhodného počtu uzlov na hrany modelu tak, aby bol dosiahnutý určitý stupeň optimalizácie siete geometrických prvkov za účelom čo najpresnejšieho kopírovania geometrie modelu.

„Move or Delete Existing Points“ – umožňuje generátoru prvkov mazať a posúvať body v prípade, že má problém s vygenerovaním siete. Odporúča sa ponechať zapnuté.

„Modify or Delete Existing Elements“ – umožňuje mazať a posúvať už vytvorené elementy siete. Používa sa v prípade problému generátora s vytvorením siete. Nedá sa použiť v prípade elementov typu „Brick a Wedge“.

„Automatic Interrupt“ – umožňuje automaticky prerušiť tvorbu siete pri určitom percente vytvorených prvkov. Používa sa v prípade, že sú problémy so swapovacím priestorom.

„Create Links Where Needed“ – vytvára spojenia medzi prvkami typu „Brick a Wedge“ tam, kde je to potrebné. Nie je možné pripojiť prvky typu „Shell“.

„Detailed Fillet Modeling“ – umožňuje zjemňovanie siete v miestach zaoblenia. Podmienkou pre túto funkciu je mať zapnuté „Modify or Delete Existing Elements“ a vypnuté „Move or Delete Existing Points“.

Obr. 2.42 - Výpis tvorby siete


61

Generátor prvkov umožňuje u objemových modelov vygenerovanie troch kombinácií typov prvkov „Brick, Wedge a Tetra“ (obr.2.2). Ďalšou možnosťou ovplyvnenia tvorby siete je možnosť výberu kombinácie elementov, ktoré budú použité v procese generovania siete výberom v položke „Element Types“. V prípade, keď je napríklad plný objem kombinovaný s tenkostenným, je vhodné voliť kombináciu elementov „Wedge, Tetra“, nie však pri použití prvkov typu „Shell“. Pri tvorbe siete zložitých modelov sa stáva, že generátor geometrických prvkov nie je schopný vytvoriť sieť z dôvodu nemožnosti dodržania nastavenia rozmedzia uhlov. V takomto prípade je možné položkou „Limits“ zmeniť uhly podľa požiadaviek generátora prvkov. Základné nastavenie rozmedzia uhlov je uvedené v tabuľke na obr.2.43.

Rozsah nastavenia uhlov Základné nastavenie

Creating Editing

Minimálny uhol hrany

0 až 30° 5° 1° plochy

Maximálny uhol hrany

150 až 179° 175° 179° plochy

Obr. 2.43 - Základné nastavenie rozmedzia uhlov Nastavením uhlov v položke „Creating“ znamená, že hrany a uhly vytvorených elementov budú zvierať uhly v danom rozmedzí. Nastavením uhlov v položke „Editing“ znamená, že v prípade optimalizácie, keď dochádza k zmene rozmerov modelu tieto uhly môžu dosahovať takto nastavené hodnoty. V prípade, že nie je možné tieto uhly dodržať, dochádza k úprave celej siete. Nastavenie pomeru medzi veľkosťou plochy a dĺžok elementov „Max Aspect Ratio“ sa odporúča ponechať na hodnote 30. Nastavenie maximálneho natočenia protiľahlých hrán „Max Edge Turn“ je štandardne nastavené na 95° a nesmie prekročiť pri vytváraní siete 100°.

Obr. 2.44 - Ovplyvnenie tvorby siete nastavením geometrických tolerancií

Tvorbu siete ovplyvňuje aj funkcia nastavenia geometrických tolerancií „Geometry

Tolerance Settings“, hlavne v prípade problémov spôsobených veľmi malými rozmermi geometrií, alebo zápornými uhlami. Geometrické tolerancie v podstate predstavujú vzťah jednotlivých hrán, plôch vzhľadom k telesovej uhlopriečke kvádra, do ktorého je možné analyzovaný model umiestniť. Pre správnu činnosť generátora prvkov by zmena nastavení geometrických tolerancií nemala presahovať 10% od štandardne nastavených hodnôt.


62

Jednou z ďalších možností ako ovplyvniť tvorbu siete priamo na geometrii modelu je jej riadenie pomocou rozdelenia hrán, hraničných kriviek, resp. naopak ignorovaním niektorých malých hrán, ktoré model obsahuje. Túto možnosť ponúka nástroj „AutoGEM

Control“. V tabuľke na obr.2.45 sú zobrazené možnosti definovania spôsobu ovplyvnenia tvorby siete pomocou tohto nástroja.

Obr. 2.45 - Ovplyvnenie tvorby siete pomocou nástroja AutoGEM Control Ako príklad možno uviesť delenie hrán počtom uzlov. Hrany modelov a krivky je možné rozdeliť na ľubovoľný počet uzlov. Uzly môžu byť rozmiestnené rovnomerne, pokiaľ pomer medzi jednotlivými uzlami „Nodal Interval Ratio“ (obr.2.46) je rovné 1. Potom počet segmentov, na ktoré sú rozdelené jednotlivé hrany je daný vzťahom ns = nu – 1 , kde ns – je počet segmentov a nu – je počet uzlov. Ak „Nodal Interval Ratio“ má inú hodnotu ako 1, dochádza k nesymetrickému rozdeleniu uzlov. Hodnota tejto premennej odpovedá pomeru prvého a posledného segmentu rozdelenej hrany alebo krivky. Hodnota tejto premennej sa môže pohybovať v rozmedzí od 0,1 do 10. Tento spôsob rozdelenia hrán je vhodné použiť v prípade nutnosti zjemnenia siete v určitých oblastiach modelu.

Obr. 2.46 - Panel „Edge Distribution“ Obr. 2.47 - Panel „Minimum Edge Length“

V modeloch sa často objavujú konštrukčné prvky, ktoré nemajú vplyv na napätia a deformácie analyzovanej súčiastky. Tieto prvky je vhodné z modelu odstrániť. Problém však vzniká, ak na takýto prvok sa viažu ďalšie prvky, ktoré na analyzovanú súčiastku majú podstatný vplyv. Potom nie možné takýto prvok odstrániť, ale je potrebné upraviť sieť geometrických prvkov. K tomuto účelu slúži funkcia pre ignorovanie hrán (obr.2.47), pomocou ktorej vieme nastaviť dĺžku hrany, ktorá bude v procese tvorby siete ignorovaná.


63

Štruktúra geometrickej siete je ovplyvnená tvarom a rozmermi modelu. Automatický generátor prvkov je schopný vygenerovať a optimalizovať sieť prvkov tak, aby vyhovovala potrebám analýz. Ak vytvoríme kdekoľvek na model vzťažný bod, resp. viac bodov, sú tieto body automaticky brané ako vrcholy prvkov siete. Veľmi často používaný spôsob úpravy sieťovania modelu je využitie objemových, alebo plošných regiónov. Rozdelením objemu vznikajú hraničné krivky, ktoré sú automatickým generátorom rešpektované pri tvorbe siete. To isté platí aj v prípade použitia plošných regiónov, ktoré vytvárajú hraničné krivky na rozdelenej ploche. Ďalším delením modelu objemovými regiónmi vedie k určitej symetrii a rovnomernému rozdeleniu siete prvkov. Napomáhajú tomu ďalšie pridané body.

2.11. Pevnostné analýzy zostáv Modul Structure disponuje nástrojmi špeciálne určenými pre analýzu tenkostenných zváraných zostáv pomocou väzieb typu „Weld“. Aktivuje sa zo záložky Refine Model – Weld. Základné obmedzenie pre využitie tohto nástroja je, že sa môže aplikovať iba na idealizované prvky typu Midsurface Shell.

Obr. 2.48 - Princíp väzby typu „End Weld“

End Weld – väzba má zmysel vtedy, keď je zváraná zostava v štandardnom modelári

vytvorená ako zostava (Assembly). Pokiaľ je zváraná zostava namodelovaná ako jedna súčasť (Part), nie je použitie väzby potrebné, nakoľko k spojeniu idealizovaných prvkov dôjde automaticky. Po aktivácii sa zobrazí dialógové okno (obr.2.49). Systém očakáva výber dvoch plôch, medzi ktorými má byť zvar realizovaný, napr. v prípade zváranej zostavy (obr.2.48) je to horná plocha podstavnej dosky a bočná plocha privarovaného plechu. Pre simuláciu zvaru okolo celého privarovaného plechu stačí vytvoriť iba jednu väzbu, t.j. vybrať iba jednu dvojicu plôch spájaných geometrií.

Perimeter Weld – nástroj pre tvorbu obvodového zvaru. V dialógovom okne (obr.2.49) systém očakáva výber dvoch rovnobežných plôch. Ako prvú je potrebné zvoliť plochu na pripojovanej súčiastke (z obr.2.50 je to plocha malej dosky) a potom vybrať plochu na základovej súčiastke (veľká doska). Ďalej sa definujú hrany, na ktorých ja zvar zrealizovaný. Poradie výberu plôch je potrebné dodržať. Nakoniec sa definuje veľkosť zvaru a materiál.


64

Obr. 2.49 - Dialógové okná pre definovanie zvarov

Obr. 2.50 - Princíp väzby typu „Perimeter Weld“

Spot Weld – umožňuje namodelovanie jednoduchých konštrukcií s bodovými zvarmi.

Týmto spôsobom je možné tiež analyzovať nitované konštrukcie. Structure v mieste zvaru vytvorí kruhový prút (Beam) s daným priemerom, ktorý simuluje bodový zvar. Pri tvorbe bodových zvarov je potrebné mať na pamäti niekoľko obmedzení:

• Plochy, medzi ktorými je vytváraný bodový zvar, by mali byť paralelné, maximálna odchýlka paralelnosti nesmie prekročiť 15°. Plochy sa nesmú dotýkať.

• Bodové zvary prenášajú silové pôsobenie medzi spojenými časťami, napriek tomu vypočítané napätie v ich bezprostrednej blízkosti nemusí byť správne.

• Prúty vytvorené ako bodové zvary nie je možné uvoľniť ako v prípade idealizovaných prvkov typu prút (Beam).

V dialógovom okne (obr.2.49) je potrebné definovať spájané plochy, podobne ako pri

Perimeter Weld. Ďalej sa požaduje výber bodov. K tomu je potrebné mať pripravené body v miestach, kde majú byť vytvorené bodové zvary. Nakoniec sa definuje priemer bodového zvaru, resp. nitov a materiál.


65

Ďalšou možnosťou, akým spôsobom analyzovať zostavu, je použitie typov spojení „Fastener“. Tento nástroj umožňuje vytvárať skrutkové spoje medzi súčiastkami v zostave. Pre použitie tohto nástroja platia nasledujúce podmienky:

1. Skrutkové spoje je možné simulovať iba v zostavách. 2. Pomocou skrutiek je možné spájať iba dve súčiastky, diery musia prechádzať cez obe. 3. Medzi styčnými plochami skrutkového spoja musí byť kontaktný región. 4. Dĺžka skrutiek nesmie byť nulová. 5. Otvory pre skrutky musia byť priame, kruhové a kolmé, plochy musia byť rovinné. 6. Spájané súčiastky musia byť zaistené väzbami, aby nemohlo dôjsť k ich pretočeniu.

Obr. 2.51 - Dialógové okno pre definovanie skrutkového spoja

Dialógové okno pre definovanie skrutkového spoja je na obr.2.51. Tento nástroj

umožňuje definovať dva typy skrutkových spojov (obr.2.52):

1. Bolt Fastener – predstavuje skrutkové spojenie typu skrutka – matica. 2. Screw Fastener – predstavuje skrutkové spojenie typu skrutka – otvor so závitom.


66

Obr. 2.52 - Rozdiel medzi typmi skrutkových spojov

Obr. 2.53 - Priebeh napätí v mieste skrutkového spoja

Bolt Fastener zadávame v dialógovom okne (obr.2.51) nasledovne:

• Vonkajšie hrany otvorov, kde prvá vybraná hrana je uvažovaná ako hlava skrutky a druhá vybraná hrana ako matica, ako priemer skrutky je ponúknutý priemer diery a materiál je ponúknutý podľa spájaných súčiastok. Parametre je samozrejme možné upraviť. Okrem toho je možné upraviť veľkosť (priemer) plochy pod hlavou skrutky, resp. zadefinovať skrutke požadované predpätie a pod.

• Body na plochách, prvý vybraný bod je hlava skrutky a druhý je matica. Nakoľko nie je vybraný otvor, je nutné zadať priemer skrutky.

Screw Fastener zadávame v dialógovom okne (obr.2.51) nasledovne:

• Vonkajšie hrany otvorov, kde prvá vybraná hrana je uvažovaná ako hlava skrutky a druhá vybraná hrana určuje závitovú dieru, ako priemer je ponúknutý priemer diery a materiál je ponúknutý podľa spájaných súčiastok. Na obr.2.53 vidno, že Structure vytvorí na plochách styku hláv skrutiek a matíc plošné regióny. Okrem toho je vo výpise analýzy možné získať informácie o zaťažení jednotlivých skrutiek.


67

Modul Structure disponuje nástrojmi pre definovanie väzieb medzi jednotlivými súčiastkami v zostave. Rozlišuje tri typy väzieb:

• Bonded – pevná väzba medzi jednotlivými súčiastkami zostavy zabezpečuje pevné spojenie jednotlivých prvkov zostavy. Zostava tvorí jeden pevný celok.

• Free – voľná väzba medzi jednotlivými súčiastkami zostavy zabezpečuje voľné spojenie jednotlivých prvkov zostavy. Je nutné definovať ručne väzby medzi jednotlivými súčiastkami.

• Contact – kontaktné spojenie medzi jednotlivými súčiastkami zostavy zabezpečuje výpočet kontaktných napätí v mieste styčných plôch jednotlivých súčiastok.

Typ väzby je možné definovať v dialógovom okne (obr.2.54 vľavo) hneď po spustení

modulu Structure v položke Home – Model Setup, resp. individuálne medzi jednotlivými prvkami zostavy v položke Refine Model – Interface (obr.2.54 vpravo).

Obr. 2.54 - Dialógové okná pre definovanie väzieb v zostave

Na obr.2.55 je príklad zostavy typu „Contact“. Na uvedenom príklade je zobrazený aj spôsob aplikácie symetrického uloženia za účelom dosiahnutia úspory časových a systémových nárokov na výpočet analýzy. Základnou myšlienkou tohto zjednodušenia je to, že symetrické časti súčiastky, ktoré sú taktiež symetricky uložené a zaťažené sa správajú rovnako, t.j. napätia a deformácie súčiastky budú taktiež symetrické. Stačí teda analyzovať polovicu, resp. štvrtinu symetrickej súčiastky, ktorá je symetricky zaťažená. Výpočtový model bude jednoduchší, pretože k jeho vytvoreniu je potrebná len polovica, resp. len štvrtina


68

geometrických prvkov. Nie je potrebné vytvárať toľko plošných regiónov, vyberať toľko plôch, hrán, atď. k vytvoreniu reálneho výpočtového modelu analyzovanej súčiastky.

Obr. 2.55 - Príprava modelu pre aplikáciu symetrického uloženia

Obr. 2.56 - Dialógové okno nástroja pre aplikáciu symetrického uloženia


69

Symetrické uloženie sa aktivuje cez Constraints – Symmetri. Po aktivácii sa zobrazí dialógové okno (obr.2.56). Systém očakáva zadanie typu symetrického uloženia (Mirror) pre súčiastky symetrické podľa roviny, resp. (Cyclic) v prípade, že sa jedná o súčiastky, ktoré majú spoločnú os symetrie (rotačné súčiastky). Ako referencie symetrického uloženia pri analýzach objemových modelov najčastejšie slúžia plochy modelu, ktoré vzniknú pri reze v rovine symetrie.

Model príruby Uloženie typu Mirror Uloženie typu Cyclic Obr. 2.57 - Príklad aplikácie symetrického uloženia na prírube

Príklad aplikácie symetrického uloženia je na obr.2.57. Jedná sa o prírubu zaťaženú

v smere osi. Príruba je položená na protikus v mieste vybratia a je pripevnená dvanástimi skrutkami. Predstava tvorby dvanástich plošných regiónov pre definovanie uloženia, ktoré by simulovali podložky skrutkového spojenia prírub nie je lákavá. Preto bola z modelu vyrezaná jeho štvrtina, ktorú je možné použiť za predpokladu dvojnásobného symetrického uloženia typu Mirror. Na výpočtový model sa potom aplikuje štvrtinová zaťažujúca sila.

Na prírubu, ktorá je symetrická aj podľa stredovej osi, je možné aplikovať tiež symetrické uloženie typu Cyclic a tvorbu výpočtového modelu si tak ešte viac zjednodušiť. V prípade príruby s 12 dierami pre skrutky je možné pre analýzu použiť jej jednu dvanástinu. Pri tvorbe symetrického uloženia typu Cyclic zadávame ako referencie dve bočné plochy, ktoré vzniknú pri výreze segmentu (First Side a Second Side). Os symetrie je systémom určená automaticky v priesečníku vybraných rovinných plôch.

2.12. Tvarová a rozmerová optimalizácia Teória optimalizácie je matematickou disciplínou, ktorá sa zaoberá určovaním minimálnych a maximálnych funkcií pri určitých obmedzujúcich podmienkach, t.j. riešením optimalizačných úloh. Z hľadiska charakteristiky je možné ich rozdeliť na:

1. Úlohy statickej optimalizácie, pokiaľ kritérium optimalizácie, t.j. cieľová funkcia je funkciou reálnych premenných. Tieto úlohy je možné ďalej rozdeliť na: • Statickú optimalizáciu funkcie jednej premennej. • Statickú optimalizáciu funkcií viacerých premenných.

2. Úlohy dynamickej optimalizácie, pokiaľ účelová funkcia má tvar reálneho funkcionálu, pri ktorom nezávislé premenné sú reálne funkcie, reálne premenné, najčastejšie funkciou času.


70

Metódy riešenia optimalizačných úloh je možné rozdeliť na:

1. Analytické metódy – využívajú výsledky klasických aj neklasických metód diferenciálneho a variačného výpočtu.

2. Numerické metódy – využívajú každú predchádzajúcu informáciu v iteračnom procese k zlepšeniu riešenia, pričom sa pracuje s konkrétnymi numerickými hodnotami.

3. Grafické metódy – sú založené na grafickom zobrazení danej optimalizačnej úlohy a na jej grafickej analýze.

4. Experimentálne metódy – experimentuje sa priamo s reálnymi objektmi, pričom výsledky predchádzajúceho experimentu sú využívané k plánovaniu nasledujúceho experimentu, čo umožňuje dosiahnuť zlepšenie riešenia.

Konštrukčný proces vývoja nového technického objektu predstavuje okrem iného aj

nasledujúce činnosti:

• tvarovanie jednotlivých súčiastok, • dimenzovanie súčiastok z hľadiska pevnosti a dynamických vlastností, • rozloženie hmôt, • určovanie materiálov, • určovanie typov ložísk, ...

Táto etapa je charakterizovaná rutinnými a časovo náročnými činnosťami. Aby bolo možné dosiahnuť čo najvhodnejšie rozmery a tvary jednotlivých súčiastok, je vhodné použiť niektorú z metód tvarovej a rozmerovej optimalizácie. Účelom tvarovej a rozmerovej optimalizácie je nájdenie najvhodnejšieho tvaru a rozmerov súčiastky vzhľadom k jej predpokladanej funkcii z hľadiska minimalizácie hmotnosti a pri zachovaní dostatočnej tuhosti a pevnosti. Optimalizačné parametre sú:

• Geometrické – dĺžka, uhly. • Hmotnostné – hmotnosť, ťažisko, momenty zotrvačnosti. • Materiálové – modul pružnosti, konštanta tuhosti, dovolené namáhanie, atď.

Vzhľadom k tomu, že vyššie uvedené kritériá nie sú závislé na čase, jedná sa o statickú

optimalizáciu viacerých premenných. Niektoré z optimalizačných premenných sa môžu meniť v určitom rozsahu, iné môžu nadobúdať iba diskrétne hodnoty. Nakoľko sa predpokladá pre použitie analytických metód spojitosť cieľovej funkcie a jej parciálnej derivácie, je veľmi zložité aplikovať pri tvarovej a rozmerovej optimalizácii tradičné analytické metódy.

Preto sa pre tvarovú a rozmerovú optimalizáciu aplikujú numerické metódy. Tieto môžeme ďalej deliť podľa niekoľkých kritérií:

1. Podľa počtu optimalizačných premenných: • Metóda, ktorá rieši optimalizačné úlohy jednej premennej. • Metóda, ktorá rieši optimalizačné úlohy niekoľkých premenných.

2. Podľa stratégie optimalizácie: • Pasívne metódy – u ktorých je dopredu určené, v ktorých bodoch sa bude počítať

cieľová funkcia.


71

• Postupné metódy – po vyhodnotení výsledkov získaných výpočtom cieľovej funkcie v jednom, alebo niekoľkých bodoch je rozhodnuté o tom, v ktorých ďalších bodoch sa bude počítať cieľová funkcia.

3. Podľa optimalizačných postupov: • Metódy priame – ktoré využívajú iba výpočet funkčných hodnôt cieľovej funkcie

(metódy nultého rádu). • Metódy gradientné – ktoré využívajú výpočet parciálnych derivácií cieľovej

funkcie alebo vedľajších podmienok podľa optimalizačných premenných. 4. Podľa spôsobu generovania jednotlivých bodov, v ktorých bude prebiehať výpočet:

• Metódy deterministické – algoritmus metódy v každom okamžiku jednoznačne určuje, v ktorom ďalšom bode bude výpočet pokračovať.

• Metódy stochastické – body, v ktorých sa počíta cieľová funkcia sú generované náhodne.

5. Ďalšie hľadisko rozdelenia: • Optimalizačné metódy bez limitujúcich podmienok. • Optimalizačné metódy s limitujúcimi podmienkami:

o definovanými rovnicami, o definovanými nerovnosťami.

Tieto metódy s limitujúcimi podmienkami nie sú tak efektívne, nakoľko okrem

hlavného cieľa – vyhľadávanie extrému cieľovej funkcie, je nutné zabezpečiť tiež splnenie vedľajších podmienok. Preto sa veľmi často používajú metódy penalizačných a bariérových funkcií, ktoré prevádzajú optimalizačné úlohy s vedľajšími podmienkami na úlohy bez vedľajších podmienok.

Základné požiadavky na vývoj nového technického objektu (TO) je možné špecifikovať takto:

• Maximálna spoľahlivosť z hľadiska všeobecne platných zákonov a vyhlášok. • Prijateľná trhová cena, za ktorú je možné TO predávať. • Energetické náklady na prevádzku TO. • Náklady na údržbu TO, • Úžitkové vlastnosti a iné.

Z hľadiska technického je možné tieto kritériá charakterizovať týmito požiadavkami:

• Dosiahnutie minimálnej hmotnosti. • Dosiahnutie tuhosti a pevnosti v dovolených hodnotách. • Výber vhodných materiálov. • Voľba technológie výroby, atď.

Na základe uvedených informácií je zrejmé, že tieto kritériá sú veľmi protichodné

a preto ktorékoľvek z metód optimalizácie navrhovanej konštrukcie budú vždy určitým kompromisom medzi požadovanými vlastnosťami optimalizovaného systému a reálnymi možnosťami jeho konštrukcie. Z týchto požiadaviek je možné špecifikovať cieľovú funkciu, ktorá je predmetom optimalizácie. Vyššie uvedené požiadavky je možné popísať tiež matematicky.


72

Modul Structure obsahuje nástroje pre aplikáciu tvarovej a rozmerovej optimalizácie. Proces tvarovej a rozmerovej optimalizácie v princípe predstavuje hľadanie optimálnych tvarov rozmerov, je teda založený na zmenách rozmerov, ktorých cieľom je dosiahnutie optimálnych parametrov súčiastky. Základným predpokladom pre riešenie optimalizácie je jednoznačnosť definície modelu ako po stránke rozmerovej, tak aj po stránke tvarovej. Vďaka tvrdej parametrizácii modelov vytvorených v systéme Creo je táto podmienka splnená. Napriek tomu potrebné zmeny, ktoré vedú k dosiahnutiu optimálneho stavu môžu prinášať rôzne záludnosti, ktoré majú za následok zhavarovanie procesu optimalizácie. Ako príklad optimalizácie je vybraný model na obr.2.58. Pre optimálnu funkciu súčiastky je dôležitá jej hmotnosť a pevnosť. Potom je možné definovať:

• Cieľovú funkciu – minimálna hmotnosť. • Limitujúcu podmienku – zachovanie pevnosti.

Aby bolo možné definovať limitujúcu podmienku, je nutné vykonať analýzu a na jej

základe zabezpečiť konštrukčné úpravy vedúce k dosiahnutiu požadovanej pevnosti.

Obr. 2.58 - Model pre optimalizáciu s rozložením napätí

Na obr.2.58 je zobrazený výpočtový model, ktorý je votknutý v základových otvoroch

a zaťažený silou na vonkajšej ploche valcovej časti. Vstupné hodnoty pre analýzu sú: • Materiál – bežná konštrukčná oceľ z materiálovej knižnice Creo • Zaťaženie = 1000 N

Výsledky analýzy pred optimalizáciou:

• Maximálna deformácia = 0,17 mm • Napätie podľa HMH = 1253 MPa • Celková hmotnosť = 0,008 kg

Aby bolo možné vykonať optimalizáciu, je nutné definovať parametre optimalizácie,

teda kóty a parametre, ktoré sa budú meniť (obr.2.59). Cieľom je navrhnúť taký polomer zaoblenia v mieste vysokej koncentrácie napätia (1253 MPa), aby celkové maximálne napätie nepresiahlo hodnotu 1000 MPa a hmotnosť súčiastky bola čo najnižšia. Zároveň boli definované limity pre polomer zaoblenia v rozsahu od 0,2 do 1 mm, pričom počiatočná hodnota polomeru zaoblenia bola 0,254 mm. Na obr.2.59 je zobrazený postup definovania jednotlivých optimalizačných parametrov.


73

Obr. 2.59 - Spôsob definície parametrov optimalizácie

Výsledkom optimalizácie je optimálna hodnota polomeru zaoblenia v kritickom

mieste 0.47 mm. Výsledky analýzy po optimalizácii potom budú:

• Maximálna deformácia = 0,17 mm • Napätie podľa HMH = 998 MPa • Celková hmotnosť = 0,008 kg


74

Optimalizačných parametrov je možné definovať ľubovoľné množstvo. Dôležitý pre optimalizáciu je vplyv jednotlivých parametrov na cieľovú funkciu a okrajovú podmienku. Toto sa zisťuje pomocou citlivostných analýz. Definovanie optimalizačných parametrov neznamená len ich výber a tým pridanie do optimalizovaného systému. Nakoľko proces optimalizácie predstavuje zmenu optimalizačných parametrov, je potrebné definovať aj minimálne a maximálne hodnoty jednotlivých kritérií. V tomto rozmedzí je potrebné, aby optimalizovaný model bol plne funkčný, nedošlo k zhavarovaniu optimalizácie a hlavne je dôležité aby bol dosiahnutý cieľ optimalizácie. Priebeh a výsledky optimalizačného procesu značne ovplyvňuje aj počet optimalizačných kritérií. Modul Structure disponuje nasledujúcimi nástrojmi pre realizáciu citlivostných analýz optimalizačných parametrov:

1. Lokálna citlivosť – je zrealizovaný výpočet citlivosti optimalizovanej mernej veličiny na jednotlivé optimalizačné parametre v bezprostrednom okolí jej aktuálnych hodnôt. V podstate je vypočítaná parciálna derivácia mernej veličiny optimalizovaným parametrom:

�� …�� …��

Výsledkom lokálnej citlivostnej analýzy je teda dotyčnica k priebehu závislosti „C“ na „D“ v aktuálnej hodnote optimalizačného parametru D.

2. Globálna citlivosť – je zrealizovaný výpočet priebehu „C“ v závislosti na „D“ v celom rozmedzí „Dmin“ až „Dmax“. Tento typ analýzy dáva prehľad o priebehu merných veličín a je možné získať prípadné maximá alebo minimá merných hodnôt a vykonať zmenu nastavenia hodnôt optimalizačných parametrov.

Na obr.2.60 je zobrazený princíp citlivostných analýz. Ak sú nastavené medzné

hodnoty parametrov, je možné previesť lokálnu citlivostnú štúdiu, pomocou ktorej sa získa prehľad o tom, ako ovplyvňujú definované parametre merné veličiny, z ktorých bude následne vytvorený optimalizovaný systém. Výsledky citlivostných analýz je možné zobraziť pomocou grafov (obr.2.62).

Obr. 2.60 - Princíp citlivostných analýz


75

Obr. 2.61 - Spôsob definície parametrov pre citlivostné štúdie

Na obr.2.61 sú zobrazené dialógové okná pre definovanie citlivostných štúdií

„Standard Study Definition“ a „Sensitivity Study Definition“ pre model z obr.2.58. V prvom prípade sledujeme ako sa zmení celkový stav napätosti na súčiastke, ak upravíme polomer zaoblenia v sledovanom mieste z pôvodných 0,254 na 1 mm. V druhom prípade sledujeme, ako sa mení celkové max. napätie na súčiastke, ak polomer zaoblenia v sledovanom mieste budeme meniť v rozsahu od 0,2 do 1 mm. Výsledný graf je na obr.2.62.

Obr. 2.62 - Vplyv zmeny polomeru zaoblenia na celkové napätie


76

3.AplikáciaCAMmetódvsystémeCREO

3.1. CAM Počítačová podpora výroby (Computer Aided Manufacturing)

Ide o systémy umožňujúce prípravu dát a programov na riadenie číslicovo riadených strojov pre automatickú výrobu mechanických súčiastok, celých zostáv, elektronických obvodov a pod., ktoré využívajú geometrické a ďalšie dáta získané vo fáze návrhu v systéme - CAD.

Základný koncept CAM

Pod pojmom počítačom podporované systémy si veľa, ľudí, predstaví počítačové systémy slúžiace na kreslenie, navrhovanie a konštruovanie súčiastok. To znamená tie systémy, ktoré sa označujú ako systémy -CAD systémy.

Na automatizáciu, respektíve počítačovú podporu výroby , je možné nazerať v užšom slova zmysle (len technologický proces) alebo v komplexnejšom ponímaní (technologický, manipulačný, riadiaci, transportný proces a pod.).

Podľa toho je chápaný aj CAM - buď ako počítačová podpora len jej hlavnej časti -technologického procesu, alebo ako komplexná počítačová podpora výroby.

CAM ako systém predstavuje software súvisiaci s tvorbou riadiacich programov pre NC výrobnú techniku. Tieto systémy využívajú predovšetkým geometrické a ďalšie dáta, ktoré boli získané v etape počítačového návrhu súčiastky, resp. celého výrobku prostredníctvom -CAD systému.

Najprepracovanejšou oblasťou CAM systémov je oblasť číslicového riadenia (NC - Numerical Control) výroby.

Jedná sa o techniku, kde sa využívajú programy pre riadenie výrobných strojov, napr. sústruhov, frézovačiek, vŕtačiek, ohýbačiek, brúsok, rezacích strojov konvenčných a nekonvenčných (vodný lúč, laser, plazma), ale aj tvárniacich a lisovacích strojov prostredníctvom ich riadiacich systémov.

Typy NC riadenia

líšia sa spôsobom uloženia programu.

a) CNC (Computer Numerical Control) - je riadiaci systém výrobného zariadenia napojený priamo na lokálny riadiaci mikropočítač, kde je uložený vlastný program.

b) DNC (Distributed Numerical Control) - modernejší prípad je charakterizovaný pružným distribuovaným riadením niekoľkých výrobných strojov z jedného centra.

Keďže existuje veľký počet softwarových nástrojov, ktoré majú v sebe implementovaný balík pre aplikáciu CAM riešení, bolo by náročné popísať všetky a presahovalo by to aj rámec tejto publikácie. Preto bude popísaný iba jeden softwarový nástroj, ktorým je CREO s mocným nástrojom pre počítačom podporovanú výrobu. V ďalšej časti bude popísané užívateľské rozhranie a proces tvorby programu pre výrobu obrábaním a vŕtaním ako príklad.


77

3.2. Vytvorenie Creo NC programu Na vytvorenie programu pre obrábanie akýchkoľvek tvarových celkov je možné využiť súčasť programu Creo, ktorá je prispôsobená pre takúto úlohu. Kroky, ktoré na to potrebujeme je možné zhrnúť nasledovne:

1. Spustíme CAD systém CREO Parametric 2. Aktivujeme ikonu Nový projekt 3. V okne New vyberieme položky Manufacturing a NC Assembly obr. 1 a potvrdíme

voľbu OK.

Obr. 1 Nový model – NC assembly

4. V ribbon menu Manufacturing klikneme na ikonu Reference Model a položku

Assemble Reference model na obr. 2

Obr. 2 Ribbon – nástrojová lišta Manufacturing

5. V dialógovom okne Open vyberieme 3D model súčiastky, ktorú chceme obrábať

a klikneme na OK. 6. V lište nástroja (obr. 3) pre vkladanie modelu do zostavy vyberieme položku Default

a potvrdíme voľbu ikony .


78

Obr. 3 Lišta nástroja pre vloženie referenčného modelu

7. V ribbon menu Manufacturing klikneme na ikonu Work Center a položku Mill obr. 4.

V otvorenom okne Milling Work Center obr. 5 vyberieme 3-osú frézu a voľbu potvrdíme.

Obr. 4 Ikona Work center v menu Machine Tool Setup

Obr. 5 Okno Milling Work Center

8. V ribbon menu Manufacturing klikneme na ikonu Operation a v lište nástrojov

Operation vyberte súradnicový systém CS0. Samozrejme musíme dodržať zásadu, že súradnicový systém modelu obrábanej súčiastky musí mať os Z rovnobežnú s osou vretena frézy a musí smerovať proti smeru vnikania nástroja.


79

9. V ribbon menu aktivujeme kartu Mill (obr. 6) a položku Surface Milling

Obr. 6 Ribbon Menu Mill

10. V otvorenom okne Menu Manager vidíme zaškrtnuté položky, ktoré je potrebné

definovať v ďalších krokoch. V tomto prípade je to frézovací nástroj, parametre frézovania, retrakčná rovina, frézovaná plocha a stratégia obrábania. Tieto úkony budú ponúkané systémom CAD automaticky po aktivovaní položky Done.

11. V otvorenom okne Tools Setup nastavíme parametre nástroja podľa obr. 7. V položke typ nástroja vyberieme typ nástroja (napr.: Ball Mill). Z klávesnice zadáme priemer frézy a ponecháme dĺžku frézy (napr.: 100 mm) a potvrdíme parametre voľbou Ok.

Obr. 7. Definovanie nástroja

12. V otvorenom okne Edit parameters of Sequence „Surface Milling“ (obr. 8) definujeme

požadované parametre obrábania podľa potreby, teda podľa obrábaného materiálu a použitého nástroja – napr.: Cut Feed 100 mm/min, Step Over 5 mm, Scan Type

Type1, Clear_dist 10, Spindle_Speed 1000 /min. Potvrdíme parametre voľbou Ok.


80

Obr. 8. Definovanie parametrov obrábania

13. V otvorenom okne Retract Setup obr. 9 z klávesnice zadáme hodnotu ofsetu

retrakčnej roviny 100 mm a potvrdíme parametre voľbou OK.

Obr. 9 Definovanie retrakčnej roviny


81

14. V otvorenom okne Menu Manager obr. 10 povrdíme zvolené položky Seq Setup

a Model a voľby potvrďte položkou Done. Automaticky sa aktivuje menu Select Srfs

a položka Add.

Obr. 10 Menu manager

15. Podržaním klávesy Ctrl a postupným výberom obrábaných plošiek myšou vyberieme

požadovanú obrábanú plochu – obr. 11. Výber plochy potvrdíme položkou Done.

Obr. 11 Výber obrábanej plochy


82

V otvorenom okne CUT Definition aktivujeme ikonu Flip the Tool Cutting Direction, čím sa zmení uhol na 180°. To umožňuje meniť smer obrábania vybranej stratégie Type1. Okrem toho v tomto okne je možné smer obrábania zvoliť aj inak. Voľbu potvrdíme položkou OK.

16. V menu NC Sequence aktivujeme položku Play Path a Screen Play – obr. 12.

Obr. 12 Menu management a play path

17. V okne Play Path spustíme animáciu obrábania ikonou Play Forward. Systém vám

znázorní dráhu nástroja na obr. 13.

Obr. 13 Vygenerované dráhy nástroja pre obrábanie


83

3.3. Stratégie vŕtania veľkého množstva dier na CNC fréze Vŕtanie otvorov na CNC fréze patrí medzi jednoduché operácie. Existujú však prípady, kedy je potrebné vŕtanie veľkého množstva rovnakých dier na jednej súčiastke. Ide napríklad o plošné spoje pri vývoji elektronických zariadení, kde je potrebné vŕtať veľké množstvá otvorov pre osadenie súčiastok a ich následné prispájkovanie. V takýchto prípadoch už nie je jedno, v akom poradí budú jednotlivé diery vŕtané. Preto je potrebné zvoliť takú postupnosť vŕtania, ktorá zabezpečí minimálny čas obrábania. 3.3.1 Optimalizácia cesty medzi bodmi v rovine Na optimalizáciu cesty (trajektórie) existuje mnoho algoritmov na základe rôznych optimalizačných kritérií. Pri definovaní množiny dier rovnakého priemeru v CAD systéme CREO je vhodné vytvoriť na základe súradníc osí dier súbor s príponou .pts . Tento súbor bude obsahovať hodnoty súradníc x, y, z oddelených medzerami. Postup definovania CNC programu:

1. Po spustení systému CREO v režime Part vytvoríme hranol s rozmermi 200x300x1 mm 2. Použitím hlavného menu vyberieme položku: Insert/Model/Datum/Point/Offset

Coordinate System alebo ikonu ... z palety pre tvorbu bodov ......

Obr. 14 Dialógové okno Offset Csys Datum Point


84

3. Otvoríme dialógové okno Offset Csys Datum Point – obr. 14. 4. Vyberieme odpovedajúci súradnicový systém 5. Klikneme na položku Import, čím sa otvorí dialógové okno Open, v ktorom vyberieme

súbor s príponou .pts s pripravenými súradnicami osí dier. 6. Potvrdíme výber súboru a import dátumových bodov ukončíme kliknutím na OK.

Pretože pri tvorbe CNC programu pre obrábanie dier budeme potrebovať nie body, ale dátumové osi, ktoré prechádzajú týmito bodmi, musíme tieto body vytvoriť. Urobíme to nasledovne:

1. Použijeme hlavné menu a vyberieme položku: Insert/Model/Datum/Axis alebo ikonu ...

2. Otvorí sa dialógové okno pre tvorbu osí Datum Axis, obr. 15

Obr. 15 Dialógové okno pre tvorbu osí

3. Definujeme referencie pre dátumovú os, t.j. bod, ktorým os prechádza a rovinu, na

ktorú je os kolmá. 4. Tvorbu osi ukončíme kliknutím na položku OK.

Uvedený postup pre vytvorenie osi je potrebné zopakovať pre ďalších n –osí. Samozrejme, to sa nebude opakovať, ale využije sa postup, ktorý umožňuje príkaz Pattern. Urobíme to nasledovne:

1. V strome prvkov označíme vytvorenú os pravým tlačidlom myši a v popup menu vyberiem položku Pattern.

2. V nástrojovej lište pre Pattern obr. 16 vyberieme položku Point a klikneme na ikonu ... na tejto lište.

Obr. 16 Nástrojová lišta Pattern


85

Vytvorenie patternovaných dátumových osí ukončíme kliknutím na ikonu ok 3. Vytvorený part uložíme (drill.prt) a použijeme ho ako referenčný pri tvorbe CNC

programu pre obrábanie. Skôr, ako prejdeme k definovaniu projektu MFG (Manufacturing) pre vytvorený Part, ukážeme si na príklade s malým počtom dier (9) ponúkané stratégie vŕtania v systéme CREO – v module Expert Machinist. Samozrejme, najprv je potrebné definovať obrábanú súčiastku, vybrať typ NC stroja, druh operácie a sekvenciu obrabánia. Potom sa dostaneme k dialógovému oknu pre výber stratégie vŕtania obr. 17.

Obr. 17 Dialógové okno pre výber stratégie vŕtania


86

V tabuľke 1 sú súradnice bodov v poradí obrábania podľa použitej stratégie. V spodnom riadku tabuľky sú uvedené celkové dráhy vrtáka pre jednotlivé stratégie. Pre ilustráciu sú na obr. 18 znázornené dráhy vrtáka pre jednotlivé stratégie. TABUĽKA 1

Shortest Back&Forth One Direction Spiral X

(mm) Y

(mm) di

(mm) X

(mm) Y

(mm) di

(mm) X

(mm) Y

(mm) di

(mm) X

(mm) Y

(mm) di

(mm) -161,7 -71,5 -161,7 -71,5 -74,1 -253,5 -55,6 -42,2 -141,4 -26,8 49,2 -149,1 -223,0 152,0 -47,3 -231,9 34,5 -47,3 -231,9 189,9 -55,6 -42,2 87,2 -141,4 -26,8 196,4 -149,1 -223,0 102,2 -74,1 -253,5 34,5 -51,6 -150,8 108,7 -136,7 -189,1 162,4 -84,3 -209,4 66,2 -149,1 -223,0 81,0 -47,3 -231,9 81,3 -84,3 -209,4 56,3 -136,7 -189,1 56,3 -161,7 -71,5 152,0 -74,1 -253,5 34,5 -74,1 -253,5 45,3 -51,6 -150,8 93,4 -141,4 -26,8 49,2 -84,3 -209,4 45,3 -55,6 -42,2 212,2 -161,7 -71,5 135,7 -51,6 -150,8 153,1

-136,7 -189,1 56,3 -51,6 -150,8 108,7 -55,6 -42,2 110,1 -84,3 -209,4 67,1 -149,1 -223,0 36,1 -47,3 -231,9 81,3 -141,4 -26,8 87,2 -136,7 -189,1 56,3

Dráha: 498,4 Dráha: 1014,5 Dráha: 685,5 Dráha: 783,1

Z uvedeného je zrejmé, že pre obrábanie veľkého počtu dier rovnakého priemeru je vhodné použitie stratégie „shortest“.

Obr. 18 Dráhy vrtáka pre jednotlivé stratégie

Po vytvorení .mfg projektu a odpovedajúcej stratégie obrábania 1000 dier v parte drill_1.prt sme získali dráhu vrtáka podľa obr. 19. Celková dráha vrtáka bola 5985, 749 mm. V porovnaní dĺžky dráhy pre tú istú množinu bodov vypočítanú metódou „concorde“ je stratégia „shortest“ väčšia o 5,2 %. Z uvedeného vyplýva, že stratégia „shortest“ nie je celkom správna, pretože metóda určenia dráhy „concorde“ ponúka kratšiu dráhu.


87

Obr. 19 Ukážka dráhy vrtáka v CAD systéme CREO metódou Shortest pre 1000 dier

3.4. Parametrické obrábanie matematickej plochy 3.4.1 Testovanie a modelovanie zložitej tvarovej plochy Na presnosť obrábaného výrobku má vplyv nielen tuhosť stroja, kvalita nástroja a riadiaci NC program, ale mnohokrát v prípade zložitých tvarových plôch aj riadiaci systém, ktorý má spracovať jednotlivé dáta v reálnom čase. Jednotlivé riadiace systémy obsahujú rôzne podporné funkcie, ktoré sa snažia zjednodušiť dátovú a výpočtársku interpretáciu vstavanými funkciami. Typickým príkladom je kružnica – je to množina všetkých bodov euklidovskej roviny, ktoré majú konštantnú vzdialenosť od pevného bodu roviny. Daný bod sa nazýva stred kružnice S a daná konštantná vzdialenosť polomer kružnice r. Pre riadiaci systém je potrebné vygenerovať dostatočné množstvo bodov na kružnici, aby po výslednom obrábaní bola plocha plynulá. Na marginálne zníženie množstva dát a odbremenenie záťaže procesora riadiaceho systému sa využívajú v prípade kružnice vstavané funkcie, kde sa zadáva stred, polomer, počiatočný a koncový uhol. Jednotlivú interpoláciu bodov (obr. 20) kružnice preberá na seba riadiaci systém.


88

Obr. 20 Príklad použitia interpolácie: a) počiatočné body, b) lineárna interpolácia, c)

polynomická interpolácia 6-teho stupňa

Stupeň interpolácie, resp. jeho typ je plne v réžii riadiaceho systému a nie je možné presne určiť, či nepresnosť výrobku je spôsobená riadiacim systémom alebo vinou stroja či nástroja. Kvôli eliminácii použitia interných funkcií riadiacich systémov pri vyhodnocovaní presnosti výroby je dôležité použiť takú tvarovú plochu, ktorú nie je možné interpolovať vnútornými funkciami riadiacich systémov. Vhodnou tvarovou plochou, ktorá spĺňa už spomínané podmienky, je plocha vytvorení z kriviek typu „spline“. „Spline“ je hladká krivka vytvorená z polynomickej funkcie. Bézierová krivka (obr. 21) je jednou z mnohých parametrických kriviek. Umožňuje interaktívne vytváranie a modifikáciu svojho tvaru. Pomocou Bézierovej krivky je možno reprezentovať aj interpolačné krivky. Jednotlivé časti krivky môžu na seba nadväzovať (obr. 22) a vytvárať zložitejšie „spline“.

Obr. 21 Bézierová krivka

Obr. 22 Spojenia Bézierových kriviek


89

Na obr. 22 je možné vidieť rôzny výsledok spojenia dvoch „spline“. V prvom prípade je to spojenie dvoch kubických kriviek a v druhom je to spojenie kubickej krivky a kvadratickej krivky. Každý CAD pracuje so „splinami“ inak. Nie všetky umožňujú meniť váhu jednotlivých bodov „spline“. Každý model môže byť modelovaný v samotnom CAM module daného programu, avšak pri porovnávaní a vytvorení výkresovej dokumentácie výskumom boli zistené odchýlky jednotlivých zakrivení „splineov“ v overovaných programoch. Je to spôsobené rozličnou veľkosťou a smerom vektorov v určujúcich bodoch. Nakoľko niektoré programy majú len zjednodušenú interpretáciu definície vektora v danom bode, nie je možné namodelovať totožný model v jednotlivých CAD-och (obr. 23).

Obr. 23 Namodelovaná súčiastka v CREO Parametric

Na základe tohto poznatku je potrebné zosúladiť vstupné podmienky tvaru telesa pre jednotlivé CAM moduly programov. Môže to byť napr.: modelovanie celého telesa v CREO a použitý export do IGES (initial graphic Exchange system – základný systém výmeny geometricko-matematických informácií). IGES je jeden z hlavných a štandardných 3D CAD formátov pre výmenu dát medzi 3D CAD systémami. Tento vyexportovaný model sa potom môže importovať do uvažovaných CAM modulov. Pri exporte je treba optimalizovať nastavenia parametrov IGES formátu (obr. 24) z dôvodu čo najpresnejšieho zachytenia tvaru súčiastky.


90

Obr. 24 Nastavenie exportu pre IGES

Overovania výroby s frézovaním preukázali, že pri programovaní v rôznych CAD systémoch s riadiacim systémom Heidenhain TNC 426, pri rovnakých zložitých tvaroch a rezných podmienkach (hrubovaní a frézovaní načisto), vychádzajú rôzne výsledné časy obrábania a aj nepresnosti výsledných tvarov. Na testovanie tvarovej presnosti je vhodnejšie, keď plocha je menšia a to z dôvodu skrátenia času, a pokiaľ je možné, je lepšie zvoliť viac rovnakých plôch na jednom objekte, aby sa pri jednom upnutí vyrobilo viacej tvarov, a tak sa vylúčili nepresnosti z dôvodu upínania. Nevýhody „splinov“ vyplývajúce z rôznej interpretovanosti CAD systémov a pri nie úplne presnom exporte tvarových plôch pomocou IGES súborov je možné nahradiť matematicky popísanou tvarovou plochou.

3.4.2 Matematicky definované zložité tvarové plochy

Na výrobu zložitých tvarových plôch pomocou trojosích CNC obrábacích strojov je možné voliť zo známych matematicky definovaných a popísaných plôch, ako sú: anuloid, trubica,

vlnovka, bumps, zelený kríž a interfences. Anuloid je symetrická plocha, ale svojím tvarom rotačnej súčiastky nie je vhodná na použitie overovania tvarovej trestnosti, z dôvodu možnosti použitia interných príkazov riadiacich systémov na opracovanie rotačných plôch, ktoré by mohli rozšíriť nepresnosť o možnú chybu vnútorného algoritmu.

" � #0,4' (0,6 *+' , -'.'


91

Obr. 25 Anuloid

Trubica je podobný prípad ako anuloid a okrem toho má veľkú výšku, ktorá by vytvárala veľký odpad a dlhý čas na opracovanie.

" � 115. �+' , -'�

Obr. 26 Trubica

Problémom pri ploche vlnovka je, že na malej tvarovej ploche sú aj malé zakrivenia, do ktorých by sa svojou krivosťou nevošli nástroje, ktoré sa uvažujú pri overovaní tohto problému riešiť (guľová fréza s priemerom 6 – 10 mm).

" � sin�10. �+' , -'��10

Obr. 27 Vlnovka


92

Bumps má podobný problém ako vlnovka, dôvody sú analogické ako pri predchádzajúcich matematicky definovaných plochách. Pri väčšej ploche ako 50x50 mm by nebol problém nastaviť plochu tak, aby sa tam vmestili uvažované nástroje.

" � 4565+. 7845-5

Obr. 28 Bumps

Pri ploche typu zelený kríž sú nevhodné ostré prechody, ktoré ani po úprave plochy nie je možné opracovať pomocou uvažovaných nástrojov.

" � 0,1 sin�sin��12+�' 9� 1 , sinh��12-�' 9� 1�2

Obr. 29 Zelený kríž

Interfences je plocha, ktorej ťažko nájsť vhodný preklad so slovenského jazyka. Na základe uskutočnenej analýzy pre výskum tvarovej presnosti trojosích CNC obrábacích strojov sa najvhodnejším javí plocha „interfences“. Táto plocha má po miernej úprave množstvo výhod, ktoré budú v neskorších procesoch spomenuté a použité. Všetky tieto plochy sú zobrazené na intervale X,Y z <-1,1>.

" � 0,3=��>?�@.�>A�@�


93

Obr. 30 Interfences

Aby ale interfences nebola plocha, ktorá sa extrémne ťahá do výšky, je treba upraviť jednotlivé koeficienty do nasledovného tvaru výslednej rovnice:

" � 0,3=��'?�@.�'A�@�

3.4.3 Modelovanie matematickej plochy „Interfences“ Hoci sú CAD programy ako CREO, Catia, Inventor, Solidworks či SolidEdge najpoužívanejšie a najrozsiahlejšie CA aplikácie so širokým záberom, po analýze každého z nich je nutné skonštatovať, že nie je možné zhotoviť parametrickú plochu cez funkcie ani v jednom z vyššie uvedených CAD-ov. Na modelovanie matematicky popísanej plochy je potrebné využiť niektorý z dostupných programovacích jazykov na trhu. Pomocou neho sa vytvorí program, ktorý bude generovať množinu bodov, slúžiacich ako vstupné dáta plochy pre CREO a ostatné programy. Z dôvodu dostupnosti bol za programovací jazyk zvolený RapidQ. RapiQ je založený na programovacom jazyku BASIC. Je multiplatformový i keď nie celkom kompatibilný v podmienkach grafického rozhrania, ale základný jazyk je viac menej kompatibilný medzi platformami. RapidQ je prístupný pre Windows, Linux a Unix a môže sa použiť na tvorbu GUI a CONSOLE aplikácií, vrátane CGI aplikácií. Generuje bajtový kód ako protiklad k prirodzenému kódu počítačového procesora. Vyžaduje si prekladač na čítanie a vykonanie bajtových kódov, ale tento prekladač je vložený do všetkých vytvorených aplikácií, teda nepotrebuje žiadne súbory navyše pri distribúcii skompilovaného binárneho .exe súboru. Veľkou otázkou je rýchlosť, ale v závislosti na tom, na čo sa používa RapidQ, toto nemusí byť rozhodujúci faktor. RapidQ bol originálne vytvorený pre poskytnutie bezplatného zavedenia programovacieho jazyka BASIC pre Windows. Výhody:

• môžu sa v ňom tvoriť ľubovoľné programy, ktoré sa môžu pokojne šíriť aj komerčným spôsobom

• je veľmi malý (14 MB), spolu s knižnicami veľkými maximálne 5 MB


94

• neinštaluje sa, má vlastné IDE (vývojové prostredie) • vyžaduje minimálne systémové požiadavky (Win 95 a vyššie, 2 MB RAM) • dokáže vytvárať 32-bitové GUI (graphic user interface) aplikácie, konzolové aplikácie

vrátane CGI (common gateway interface) aplikácií • dá sa veľmi ľahko naučiť používať ho • nápoveda je z veľkej časti aj v slovenskom jazyku • podporuje prácu s knižnicami (dll), Windows api, directX, direct3d, mysql a ďalšími • hneď vytvára –exe súbor bez nutnosti inštalácie programu či runtime knižníc

Z vyššie spomenutých dôvodov je ukážka vytvorenia programu na tvorbu generovaných dát použitý práve RapidQ. Pomocou jednoduchých cyklov a slučiek je možné vytvoriť krátky program, ktorý generuje dáta v požadovanom tvare pre importovanie do CAD programov. Požadovaným tvarom je potom množina bodov v priestore, ktoré sa dajú prekryť plochou. Takýto spracovaný model je možné použiť aj v programe CREO napr. v procese obrábania, ktorý je uvedený v ďalšom.

3.4.4 Obrábanie matematicky popísanej plochy v CREO Naimpotujeme plochu „interfences“ (obr. 31) z požadovaného formátu do CAD systému CREO Parametric. Aktivujeme ikonu Nový projekt. V okne New vyberieme položky Manufacturing aNC Assembly na obr. 32 a potvrdíme voľbu OK.

Obr. 31 Naimportovaná plocha „Interfaces“


95

Obr. 32 Nový model NC Assembly

V ribbon menu Manufacturing klikneme na ikonu Reference model a položku Assemble

Reference model na obr. 33.

Obr. 33 Ribbon – nástrojová lišta Manufacturing

V dialógovom okne Open vyberieme 3D model lopatky a klikneme na OK. V lište nástroja (obr. 34) pre vkladanie modelu do zostavy vyberieme položku Default a potvrdíme voľbu

ikony .

Obr. 34 Lišta nástroja pre vloženie referenčného modelu

V ribbon menu Manufacturing klikneme na ikonu Work Center a položku MIll – obr. 35. V otvorenom okne Milling Work Center – obr. 36 vyberieme 3-osú frézu a voľbu potvrdíme.


96

Obr. 35 Ikona Work Center v menu Machine Tool Setup

Obr. 36 Okno Milling Work Center

V ribbon menu Manufacturing klikneme na ikonu Operation a v lište nástrojov Operation vyberieme súradnicový systém CS0. Samozrejme, súradnicový systém sa musí predtým na obrobku vytvoriť, pričom os Z musí byť rovnobežná s osou vretena stroja a smerovať nahor. V ribbon menu aktivujeme kartu Mill (obr. 37) a položku Surface Milling.

Obr. 37 Ribbon Menu Mill


97

V otvorenom okne Menu Manager vidíme zaškrtnuté položky, ktoré je potrebné definovať v ďalších krokoch. V tomto prípade je to frézovací nástroj, parametre frézovania, retrakčná rovina, frézovaná plocha a stratégia obrábania. Tieto úkony sú ponúkané systémom CAD automaticky po aktivovaní položky Done. V otvorenom okne Tool Setup nastavte parametre nástroja podľa obr. 38. V položke typ nástroja vyberieme Ball Mill. Z klávesnice zadáme priemer frézy 8 mm a ponecháme dĺžku frézy 100 mm a potvrdíme parametre voľbou OK.

V otvorenom okne Edit Parameters of Sequence „Surface Milling“(obr. 38) definujeme požadované parametre obrábania nasledovne:

CUT FEED 480 mm/min STEP OVER 1mm SCAN TYPE TYPE1 CLEAR_DIST 10 SPINDLE_SPEED 4450 /min

Potvrdíme parametre voľbou OK. V otvorenom okne Retract Setup – obr. 39 z klávesnice zadáme hodnotu ofset retrakčnej roviny 100 mm a potvrdíme parametre voľbou Ok. V otvorenom okne Menu Manager – obr. 40 potvrdíme zvolené položky Seq Setup a Model

a voľby potvrdíme položkou Done. Automaticky sa aktivuje menu SELECT SRFS a položka Add.

Podržaním klávesy Ctrl a postupným výberom obrábaných plošiek myšou vyberieme požadovanú obrábanú plochu na obr. 41. Výber plochy potvrdíme položkou Done. V otvorenom okne Cut Definition – obr. 42 aktivujeme ikonu Flip the Tool Cutting Direction, čím sa zmení uhol o 180 °.To umožňuje meniť smer obrábania vybranej stratégie TYPE1. Okrem toho je možné v tomto okne meniť smer obrábania aj inak. Voľbu potvrdíme položkou OK.

Obr. 38 Definovanie nástroja


98

Obr. 39 Definovanie parametrov obrábania

Obr. 40 Definovanie retrakčnej roviny a Menu Manager


99

Obr. 41 Výber obrábanej plochy

Obr. 42 Cut Definition


100

Ďalej v menu NC SEQUENCE aktivujeme položku Play Path a Screen Play.

V okne Play Path spustíme animáciu obrábania ikonou Play Forward. Systém nám znázorní dráhu nástroja zobrazenú na obr. 43.

Obr. 43 Dráhy nástroja pre obrábanie

3.5 CAM Lite

CAM Lite je založený na aplikácii Expert Machinist, ktorá je súčasťou programu CREO a je založená na programovacom systéme NC pre 2 a pol osú výrobu frézovaním diskrétnych opracovávaných častí. 4 a 5-osé frézovanie je tiež podporované, napriek tomu je každá individuálna cesta nástroja limitovaná na pohyb v 2 a pol osiach. CAM Lite je štruktúrovaný tak, aby emuloval prirodzený myšlienkový pochod programátora NC:

• Vytvoriť NC model tým, že sa určuje ktorá časť materiálu má byť opracovaná a aký

materiál sa bude odoberať

• Nastaviť kompletnú operáciu vrátane výberu CNC frézy a nastavenie počiatku

programu výroby

• Vytvoriť opracovateľské funkcie založené na NC modeli a nastavení operácie


101

• Vytvoriť cesty nástroja pre tieto funkcie, zozbierať informácie z predchádzajúcich

krokov a nahrať naše nastavenia obrábania pre každý typ funkcie obrábania.

Vytvorenie cesty nástroja vyžaduje minimálnu interakciu a je takmer automatické

• Vytvoriť CL dáta, ktoré je možné použiť pre post-procesor (nie je súčasťou programu)

na vytvorenie NC kódov, ktoré sú nutné pre riadenie CNC stroja.

CAM lite je založený na dielenskom opracovaní a pákových procesoch, čo sú informácie obsiahnuté v 3D modeli na automatizáciu programovacích procesov pre súčiastky. Používatelia si pritom ponechávajú úplnú kontrolu nad procesom opracovávania. Kľúč k úspechu s CAM lite leží v tom, ako sú použité opracovateľské funkcie. Teraz sa zameriame na tieto funkcie a na to, ako čo najviac z nich získať pri opracovávaní. Pracovný postup v CAM lite Ako bolo spomenuté pracovný postup v CAM lite napodobňuje prirodzený proces myslenia programátora NC. Pracovný postup sa skladá za nasledovných operácií:

1. Vytvorenie NC modelu:

NC model (obr. 44) je spojením dizajnového návrhu súčiastky (referenčný model) a obrobku (polotovaru). Referenčný model môže byť vytvorený v CREO Parametric, alebo môže byť importovaný z iného CAD programu. Voliteľný obrobok je možné vytvoriť automaticky použitím obálky referenčného modelu, alebo použitím existujúceho modelu (na odlievanie napr.)

Obr. 44 NC Model Obr. 45 Prostredie pre obrábanie

2. Nastavenie operácie:

Tu dochádza k vytvoreniu prostredia pre obrábanie: obrábací nástroj, počiatok programu, materiál, nástroje, vysunutie, upevnenie (Obr. 45).

3. Vytvorenie obrábacích funkcií – Obr. 46

Účelom je reklasifikovať celkový objem materiálu tak, aby bol postupne zmenšovaný na rozoznateľnejšie opracovateľné objemy. Pričom je to pre užívateľa riaditeľnejšie. Tieto obrábacie funkcie sú nezávislé na dizajnových funkciách modelu a na vytvorení cesty pre nástroj. Definujú odoberanie materiálu na základe terminológie dielenského spracovania: komora, schod, čelo, štrbina, zrazenie, kanál, komora priebežná, diera atď.


102

Obr. 46 Obrábacie funkcie a dráhy nástrojov pri obrábaní

4. Vytvorenie ciest pre nástroj na funkciách modelu – Obr. 46

Stroje, ktoré využívajú tieto funkcie sú dielensky akceptované technológie, ktoré vyžadujú minimum interakcie používateľa. Stačí si vybrať funkciu, ktorá sa má obrábať, definovať alebo vybrať nástroj, potvrdiť alebo zmeniť používateľom definovateľné nastavenia v dialógovom okne a spustiť simulovanú cestu nástroja.

5. Simulácia a výstup CL dát

CAM Lite v sebe zahŕňa vykresľovanú autentickú simuláciu pohybu nástroja a kontrolu potenciálnych kolíznych bodov. Výstupom sú štandardné CL dáta na základe APT. Tento CL súbor môže byť použitý s post-procesorom založenom na APT, ako je napr. GPOST, dodávaný s CREO-m na vygenerovanie dát G-kódu, ktorý riadi CNC stroj. CAM lite v sebe zahŕňa základný post-procesor pre vzorový výstup G-kódu. Vytvorenie výrobného modelu – príklad V tomto príklade si vytvoríme výrobný model vrátane výberu referenčného modelu, vytvorenia modelu obrobku a definovania operácií (obrábací nástroj, rezací nástroj a počiatok programu). Model NC je zostavou partu – referenčného modelu na obrábanie a obrobku, polotovaru z ktorého sa bude obrábať. Vytvorenie operácií vyžaduje vytvorenie alebo výber stroja a počiatku obrábania.


103

Obr. 47 Nastavenie prostredia

Nastavenie prostredia - Obr. 47 V CREO si vyberiem File and Working Directory a nasmerujeme sa do adresára, kde máme uložené modely. Taktiež je možné načítať si predefinovaný súbor config.pro s pripravenými vlastnosťami a jednotkami pre prostredie CREO. Vytvorenie NC modelu – Obr. 48 V CREO si teda vyberieme položku New file aby sme si vytvorili nový výrobný model podtypu Expert Machinist. Meno si volíme ľubovoľne podľa potreby (napr. XM1) a požijeme default

template. Vyberieme si NC Setup/ NC Model/ Create model a použijeme naše pôvodné meno pre NC model. Potvrdíme. Vyberieme si part modelu ako referenčný model a potvrdíme položku Open.

Teraz ideme vytvoriť polotovar na obrábanie, ktorý má tvar podľa obálky referenčného modelu s malým prídavkom materiálu (0,125 mm) na vrchu partu. Takže v menu NC model vyberieme Create stock. Vytvorí sa žltá priehľadná obálka na referenčnom modeli, ktorá reprezentuje obrobok. Vyberieme si ťahový bod na povrchu a pridáme 0,125 mm ako prídavok materiálu. Taktiež je to možné navoliť pomocou menu Options na lište, kde do osi +Z pridáme túto hodnotu. Potvrdíme kliknutím na ... a potom klikneme na Done v menu NC model. Teraz potrebujeme upevniť NC model do výrobnej zostavy, pravým tlačidlom myšky zadáme Default constraint a potvrdíme. Stlačíme OK na potvrdenie nastavení absolútnej hodnoty tolerancie.


104

Obr. 48 Vytvorenie NC modelu

Vytvorenie operácií Teraz môžeme urobiť operácie, ktoré zahŕňajú pracovnú bunku a výber počiatku programu. Vyberieme NC Setup/Operation. Ponecháme pôvodný názov operácie (OP010). Vyberieme ľubovoľný názov pracovnej bunky (napr. MAZAK). Ponecháme pôvodné nastavenia a potvrdíme OK, čím vytvoríme pracovnú bunku.

Zobrazíme súradnicový systém CSYS v modeli, aby sme zadefinovali počiatok pre obrábanie. Vyberieme teda Machine zero v Operation Setup a vyberieme súradnicový systém NC_ACS0 v zostave ako počiatočný bod programu. Stlačíme OK na vytvorenie operácie.

Obr. 49 Počiatok operácií


105

Vloženie upínača – Obr. 50 Upínač je časť zostavy, ktorá sa pridáva do modelu. Je označovaný ako tvrdá stena pre všetky cesty obrábacích nástrojov. Vyberieme NC Setup/Fixture. Panel nastavenia upínača nám umožňuje pridávať komponenty. Vyberieme teda na pridanie nového komponentu (upínací zverák na obr. X) Spojíme plochy A a plochy B na oboch komponentoch a zarovnáme plochu C s určitým presahom nad rovinu upínača. Potvrdíme na karte zostavy a ešte raz v okne Fixture

setup.

Obr. 50 Vloženie upínača

Vytváranie obrábacích nástrojov – Obr. 51 Obrábacie nástroje môžu byť vytvorené vopred a uložené do pracovnej bunky, alebo môžu byť vytvorené kedykoľvek podľa potreby. Poďme si vytvoriť nejaké základné nástroje, ktoré použijeme počas vytvárania cesty nástroja. Existuje viacero typov obrábacích nástrojov:

• Pevný nástroj: CREO model alebo zostava tu reprezentuje nástroj. Parametre

zostavy opisujú typ nástroja a geometriu, ktorá bude použitá pre počítanie cesty

nástroja. 3D model je použitý iba pre simuláciu a nie pre odmeriavanie.

Vyberieme Setup/Cutting Tool Manager. V dialógovom okne Tool Manager vyberieme File/Open Tool library/By reference a vyberiem si požadovaný pripravený model nástroja. 3D model sa načíta a definovanie geometrie (priemer a dĺžka) nástroja sa prevezme z jeho zostavného modelu.

• Parametrový nástroj: Nástroj je tu definovaný v dialógovom okne Tool Setup

pomocou parametrov, ktoré opisujú geometriu nástroja. Tu si môžeme vytvoriť

napr.: rovnú zakončovaciu frézu s požadovaným priemerom:


106

V dialógovom okne Tool Setup vyberieme vytvorenie End Mill , zadáme jeho meno a jeho priemer. Potom klikneme na Apply pre jeho vytvorenie a klikneme na Ok, čím zatvoríme dialógové okno.

Obr. 51 Vytváranie obrábacích nástrojov

Obrábacie funkcie Obrábacia funkcia definuje uzavretý objem materiálu, ktorý musí byť odstránený na to aby vznikol konečný prvok súčiastky. Pozostáva z čiel derivovaných z návrhového modelu (tvrdé steny) a modelu polotovaru (mäkké steny) pri zvážení orientácie obrábania a iných vedľajších funkcií – Obr. 52.

Obr. 52 Typy stien na modeli

Je potrebné poznamenať, že informácia o ceste nástroja nie je automaticky priradená k funkcii. Cesty sú definované nezávisle, pričom zabezpečujú úplnú kontrolu nad obrábaním. Je možné obrábať niektoré geometrické funkcie s jednou dráhou nástroja. Iné zas môžu vyžadovať 2 alebo viac dráh nástroja. Tieto rozhodnutia vie spraviť užívateľ.


107

Poradie definície obrábacích funkcií a ich typ vytvorí sekvenciu pre odoberanie materiálu. Správne vytvorenie takejto sekvencie je najdôležitejším krokom pri určovaní celkovej účinnosti programu výroby súčiastky. Spôsob akým je každá individuálna funkcia obrábaná je determinovaná na úrovni dráhy nástroja. Koncept obrábacej funkcie je jednoduchý. Ak vyberieme návrhový model z modelu polotovaru dostávame celkový objem materiálu, ktorý musíme odstrániť. Ale tento objem je sám osebe veľmi ťažkopádny. Vo väčšine prípadov akýkoľvek pokus o opracovanie takého objemu priamo má za následok zmätok. Obrábacie funkcie poskytujú NC programátorovi jednoduchú, efektívnu a intuitívnu metódu rozdrobenia objemu na menšie, lepšie kontrolovateľné objemy, ktoré sú vhodnejšie na obrábanie. Definovaním funkcií ako sú čelá, komory, štrbiny, kanály atď., NC programátor reklasifikuje materiál do malých objemov. Pretože sú všetky tieto funkcie založené na metodológii dielenského obrábania, sú ľahko rozpoznateľné a tým ľahšie a efektívnejšie vyrobené. Tu je uvedených 18 funkcií, každá s jej vlastnou unikátnou charakteristikou a účelom, založených na kombinácií tvrdých stien, mäkkých stien a podkladových častí.

Čelo (Face) Odkrýva povrch súčiastky s ohľadom na počiatočnú orientáciu vretena frézy, ruší mäkké steny. Pri výbere tvrdého podkladu súčiastky systém nájde vonkajšiu obrábaciu slučku.

Obr. 53 Face Obr. 54 Slab

Doska (Slab) V jej najjednoduchšej forme je to čelo s výčnelkami. Komplexnejšie varianty môžu mať tvrdé steny a taktiež má aj pevné dno.

Komora (Pocket) Tvorí je jednoduchá reťaz tvrdých stien, pričom má pevné dno.


108

Obr. 55 Pocket Obr. 56 Profile

Profil (Profile) Prvá forma: je jednoduchý reťazec mäkkých stien a jednoduchý reťazec tvrdých stien, ktoré spolu tvoria uzavretú slučku. Druhá forma: je jednoduchý reťazec mäkkých stien a jednoduchý reťazec tvrdých stien, ktoré sa pretínajú a vytvárajú uzavretú slučku. Profil nemá pevné dno, ide skrz obrobok.

Komora priebežná (Thru Pocket) Tvorí je jednoduchá reťaz tvrdých stien pričom má iba mäkké dno, ktoré sa odstráni.

Obr. 57 Thru Pocket Obr. 58 Step

Schod (Step) Prvá forma: je jednoduchý reťazec mäkkých stien a reťazec tvrdých stien, ktoré spolu tvoria uzavretú slučku. Druhá forma: je jednoduchý reťazec mäkkých stien a reťazec tvrdých stien, ktoré sa nepretínajú a tak každý tvorí uzavretú slučku, pričom vždy musí byť tvrdé dno.


109

Kanál (Channel) Tvorí ho viacero rozličných tvrdých a mäkkých stien, ktoré spolu tvoria uzavretú slučku. Je potrebná aspoň dvojica stien každého typu a tvrdé dno.

Obr. 59 Channel Obr. 60 Slot

Štrbina (Slot) Má tri varianty, pričom koniec štrbiny je buď mäkká stena alebo plný polomer. Bočné steny sú rovnobežné s konštantnou vzdialenosťou a má tvrdé dno.

Štrbina priebežná (Thru Slot) Má jednu alebo žiadnu mäkkú stenu a mäkké dno.

Obr. 61 Thru Slot Obr. 62 Flange

Obruba (Flange) Tvorí ju vonkajšia slučka mäkkých stien a vnútorná slučka stien, ktoré môžu byť buď tvrdé alebo mäkké. Dno musí byť tvrdé.


110

Výčnelok (Boss Top) Tvorí ho jednoduchý reťazec mäkkých stien, ktoré vytvárajú uzavretú slučku. Prvá uzavretá slučka, ktorú systém nájde po výbere dna je tá, ktorá sa bude používať. Vyžaduje tvrdé dno.

Obr. 63 Boss Top Obr. 64 O-ring Groove

Drážka pre O-krúžok (O-ring Groove) Tvorí ju drážka s konštantným prierezom na čele súčiastky.

Zaoblenie (Top Round) Odstráni materiál pozdĺž reťazca horizontálnych zaoblených stien. Zaoblené povrchy sú dnom funkcie, pričom môžu byť obrábané rohovým zaoblením.

Obr. 65 Top Round Obr. 66 Chamfer

Zrazenie (Chamfer) Odstraňuje materiál pozdĺž reťazca horizontálnych skosených hrán, pričom skosené plochy sú dná tejto funkcie. Je možné ho opracovávať zrážacím alebo zahlbovacím nástrojom.

Podfrézovanie ( Under milling) Tvorí ho otvorený objem s pevným stropom, ktorý môže byť opracovávaný v jednom alebo viacerých chodoch.


111

Obr. 67 Under milling Obr. 68 Rib Top

Rebro (Rib top) Používa sa pre obrábanie vrcholu rebra, čo je vlastne dnom funkcie. Materiál sa odoberá iba nad rebrom.

Sústava otvorov (Hole pattern) Tvorí ju jedna alebo viac dier, pričom dno môže byť mäkké (priebežné diery) alebo tvrdé (slepé diery).

Obr. 69 Hole Pattern Obr. 70 Entry Hole

Vstupný otvor (Entry Hole) Tvorí ho jedna diera vytvorená v existujúcej komore, priebežnej komore, alebo v štrbine s tvrdou stenou. Uľahčuje vstup obrábacieho nástroja do funkcií s tvrdými stenami. Dno môže byť tvrdé aj mäkké.


112

Vytváranie základných obrábacích funkcií Teraz si ukážeme ako sa dá vytvoriť niekoľko zo základných obrábacích funkcií dostupných v CAM Lite. Použijeme na to model zobrazený na obr. 71. Vytvorenie funkcie Čelo Účelom funkcie Čelo je odkryť vrchnú časť súčiastky s ohľadom na orientáciu vretena frézy (koordinačný systém ktorý je aktívny počas operácie). Čelo pozostáva z pevného dna a jednoduchej uzavretej slučky mäkkých stien.

• Klikneme na ikonu Čelo alebo NC Create/Features/Face

• Vyberieme si jednu z vrchných čiel súčiastky

• Stlačíme Done/return pre návrat do dialógového okna Face feature

• Stlačíme Preview na zobrazenie nájdenej funkcie Čelo s modrou mäkkou stenou

• Stlačíme OK na vytvorenie funkcie

Ikona odoberania materiálu nám umožňuje prepnúť obrobok pre zobrazenie momentálneho stavu odobratého materiálu vytvorenou obrábacou funkciou.

Obr. 71 NC model s odobraným materiálom

Vytvorenie funkcie Kanál – obr. 72 Účel tejto funkcie je pre odoberanie materiálu, ktorý je na hrane súčiastky a na rohoch iných funkcií. Kanál je slepou funkciou, má teda pevné dno. Stena kanála pozostáva z viacerých rôznych reťazcov tvrdých a mäkkých stien. Musia byť minimálne dva reťazce z každého typu v párnych počtoch.

• Vyberieme ikonu Kanál alebo NC Create/Feature/Channel

• Vyberieme jedno z horizontálnych čiel mäkkých stien obrobku

• Stlačíme OK a potom Done/Return pre navrátenie do dialógového okna Channel

feature

• Stlačíme Preview pre zviditeľnenie objemu materiálu pre funkciu Kanál

• Stlačíme OK na vytvorenie funkcie.


113

Obr. 72 Vytvorenie funkcie kanál

Ikona odoberania materiálu nám umožňuje prepnúť obrobok pre zobrazenie momentálneho stavu odobratého materiálu vytvorenou obrábacou funkciou. Vytvorenie funkcie Schod (Step) – Obr. 73 Účel tejto funkcie je pre odoberanie materiálu na hrane súčiastky alebo na hrane iných funkcií. Sú dve možné formy funkcie schod. Obe formy majú pevné dno: Prvá forma pozostáva z reťazca tvrdých stien a reťazca mäkkých stien, ktoré spolu vytvárajú uzavretú slučku. Druhá forma pozostáva z reťazca tvrdých stien, ktoré samé o sebe tvoria uzavretú slučku a reťazca mäkkých stien, ktoré tvoria tiež samé uzavretú slučku. Tieto slučky sa nepretínajú. V našom prípade budeme pracovať s prvým prípadom:

• Vyberieme si ikonu Schod alebo klikneme NC Create/Features/Step

• Vyberieme vrchné čelo schodu a strane kanálu

• Stlačíme OK a potom Done/Return pre návrat späť do dialógového okna

• Stlačíme Preview pre zobrazenie objemu materiálu

• Stlačíme Ok pre vytvorenie funkcie.



114

Obr. 73 Vytvorenie funkcie Schod

Vytvorenie funkcie Komora (Pocket) – Obr. 74 Funkcia Komora pozostáva z pevného dna a jednej alebo viacerých uzavretých slučiek tvrdých stien. Nemá mäkké steny.

• Vyberieme ikonu Komora alebo klikneme NC Create/Features/Pocket

• Vyberieme spodné dno komory

• Stlačíme Ok a potom Done/Return pre návrat do dialógového okna

• Stlačíme Preview pre zobrazenie nájdeného objemu materiálu pre funkciu Step

s červenými tvrdými stenami

• Stlačíme Ok pre vytvorenie funkcie.



115

Obr. 74 Vytvorenie funkcie Komora

Vytvorenie funkcie skupiny otvorov (Hole group) – Obr. 75 Účel tejto funkcie je združiť všetky otvory, ktoré majú rovnaké požiadavky na výrobu do jednej funkcie. Funkcia systému otvorov pozostáva z jednej alebo viacerých individuálnych dier. V tomto príkladovom modeli vytvoríme tri skupiny funkcií skupiny otvorov.

• Vyberieme ikonu skupiny otvorov alebo klikneme NC Create/Features/Hole

Group

• Môžeme individuálne vybrať všetky otvory, ktoré chceme spojiť do skupiny, alebo

použiť výberové pravidlo. V tomto prípade použijeme povrch pre vybratie všetkých

dier, ktoré pretínajú daný povrch: Klikneme položku povrchu v dialógovom okne

skupiny dier a klikneme na Add. Na príklad vyberieme dno funkcie Step, potom

potvrdíme OK pre potvrdenie. Vrátime sa k položke Osi a uvidíme, že boli detegované

3 otvory. Potvrdíme Ok pre vytvorenie skupiny 3 otvorov.

• Zopakujeme tento proces pre každú plochu obrobku s otvormi

Ikona odoberania materiálu nám umožňuje prepnúť obrobok pre zobrazenie momentálneho stavu odobratého materiálu vytvorenou obrábacou funkciou. Jediný


116

zostávajúci materiál je zrazenie na vrchu súčiastky. To už je pokročilou technikou, ktorá v tomto tutoriáli nie je uvedená.

Obr. 75 vytvorenie funkcie skupina otvorov

Vytváranie dráhy nástroja V tejto časti si ukážeme ako sa vytvárajú dráhy nástroja pre funkcie ktoré sme definovali v predchádzajúcej časti. Vytvorenie dráhy nástroja pre funkciu Čelo (Face) - Obr. 76 Najskôr opracujeme vrch polotovaru funkciou Face s použitím preddefinovaného nástroja:

• Vyberieme si funkciu Face v stromovom adresári modelu a pravým klikom myši

vyberieme položku Create Toolpath. Toto nás zavedie do dialógového okna Face

Milling definiton s vnútornými nastaveniami.

• Vyberiem nástroj z položky Cutting Tool. Teraz sa rozsvieti položka Play Path a Ok.

Úspešne sme zadali minimálne nastavenia pre vytvorenie dráhy nástroja

• Klikneme na Play path aby sme videli výsledok výberu

• V okne Play Path klikneme na šípku pre štart simulácie.

• Zatvoríme kliknutím na Close a vrátime sa do pôvodného okna


117

Teraz optimalizujme dráhu nástroja: • Zaškrtneme políčko Finish, aby sme po opracovaní zabezpečili aj dokončovacie

obrábanie v rámci tejto dráhy nástroja

• Vyberieme položku Back and Forth v Cut Motion

• V položke Motion Between Cuts označíme Stay in Cut, Clear Part on Last Cut

a Stay Down

• Teraz klikneme na Play path a pozrieme si výsledok našich nastavení

• Následne klikneme na Close a potom Ok

Obrobok je teraz po prvotnom obrábaní.

Obr. 76 vytváranie dráhy nástroja pre Face

Vytvorenie dráhy nástroja pre kanál – Obr. 77 Na obrobenie kanála použijeme dve dráhy nástroja, počiatočnú, ktorá ho obrobí nahrubo a dokončovaciu s menším nástrojom pre jemnejšie obrobenie.

• Vyberieme funkciu Channel zo stromového adresára modelu a pravým kliknutím

myšou vyberieme Create Toolpath.

• Vytvoríme si pre obrábanie zakončovací frézovací nástroj s požadovaným priemerom

pre hrubé obrábanie:

• Vyberieme Cutting Tool manager v dialógovom okne Channel toolpath

• Nástroj je definovaný v Tool Setup použitím parametrov jeho geometrie


118

• V nastaveniach nástroja vyberieme select pre vytvorenie zakončovacej frézy

• Nastavíme dĺžku a priemer

• Klikneme na Apply pre jeho vytvorenie

• Klikneme na Ok pre opustenie dialógového okna

• Pre dráhu nástroja pri obrábaní nahrubo ponecháme rezervu 0,1 mm na stenách

a dne

• Klikneme na Play path a sledujeme cestu nástroja po kliknutí na šípku

• Klikneme na Close a potom na OK.

Obr. 77 Vytváranie dráhy nástroja pre Channel

Následne použijeme menší nástroj pre dokončovacie operácie:

• V strome klikneme na funkciu Channel pravým tlačidlom myši a vyberieme Create

Toolpath. To nás privedie do dialógového okna definície Channel Milling.

• Vyberieme menší nástroj

• Odklikneme zaškrtnuté políčko Rough a zaškrtneme Finish Wall . Nastavíme Wall

Stock na 0.

• Klikneme na Play path pre zobrazenie výsledkov a klikneme na šípku pre štart

simulácie


119

• Následne klikneme na Close a OK pre dokončenie nastavenia.

Obr. 78 Vytváranie dráhy nástroja pre dokončovacie operácie

Vytvorenie dráhy nástroja pre Schod (Step) - Obr. 79

• Vyberieme funkciu Step zo stromového adresára modelu a pravým tlačidlom myši

vyberieme Create Toolpath.

• Nastavíme požadovaný nástroj

• Budeme obrábať túto funkciu jednou dráhou nástroja. Nastavíme teda Floor Stock

a Wall Stock na 0

• Klikneme v menu Play path na šípku pre štart simulácie

• Klikneme na Close a Ok.


120

Obr. 79 Vytváranie dráhy nástroja pre Step

Vytvorenie dráhy nástroja pre funkciu Komora (pocket) – Obr. 80 Na túto funkciu využijeme opäť dve dráhy nástroja, počiatočné obrábanie nahrubo a dokončovacie obrábanie s menším nástrojom.

• Vyberieme si funkciu Pocket zo stromu modelu a pravým tlačidlom myši vyberieme

Create Toolpath.

• Pre hrubé obrábanie ponecháme rezervu 0,1 mm vo Floor Stock a Wall Stock

• Nastavíme Helix pre stratégiu pohybu nástroja

• Klikneme na Play path a na šípku pre štart simulácie

• Klikneme na Close a OK.

Obr. 80 Vytváranie dráhy nástroja pre Pocket


121

Teraz budeme obrábať povrch dokončovacou metódou s menším nástrojom: • Opäť v strome zvolíme funkciu pocket, pravým tlačidlom myši vyberiem Create

Toolpath.

• Vyberieme menší nástroj

• Odznačíme zaškrtnuté políčko Rough a zaškrtneme Finish Walls, pričom nastavíme

hodnotu 0 pre Wall Stock

• Vyberiem Play path a klikneme na šípku pre štart simulácie


Obr. 81 vytváranie dráhy nástroja pre finišovanie

Vytváranie dráhy nástroja pre diery – Obr. 82 Pre dokončenie obrábania našej súčiastky musíme ešte vyvŕtať systém otvorov:

• Vyberieme zo stromového adresára modelu funkciu Drill group a pravým tlačidlom

myši vyberieme Create Toolpath. Dostávame sa do dialógového okna pre nastavenie

vŕtania

• Ideme vŕtať novým nástrojom, preto klikneme na Tool manager a nastavíme si

náš nástroj výberom ikony Drilling tool

• Po nastavení jeho geometrie klikneme na Apply a Ok.

• Klikneme na Play path a šípku pre štart simulácie



122

Obr. 82 vytváranie dráhy nástroja pre diery

Výstup CL dát pre výrobu – Obr. 83 CAM lite v sebe nezahŕňa post-procesor a poskytuje len výstup CL dát na základe APT. Tento štandardný formát môže byť použitý s komerčným post-procesorom alebo s GPOST softvérom, ktorý je súčasťou plnej CREO NC licencie. Prípona nášho súboru CL dát je .ncl .

Základný G-kód, založený na pevne nakódovanom post-procesore demonštruje NC kód z CAM lite. Exisuje viacero spôsobov ako vytvoriť CL dáta v CREU.

• Vyberieme si operáciu, alebo jednu z jej vybraných dráh nástroja v stromovom

adresári modelu, klikneme pravým tlačidlom myši a vyberieme Output Toolpath

• Vyberieme si operáciu, alebo jednu z jej vybraných dráh nástroja v stromovom

adresári modelu, klikneme pravým tlačidlom myši a vyberieme Toolpath player.

Z dialógového okna Toolpath player vyberieme File/Save or Save as a uložíme CL dáta

do súboru s požadovaným názvom.

• Vyberiem si dráhu nástroja alebo operáciu v stromovom adresári modelu, potom

klikneme na NC Create/Output/Create CL file. Aj z tohto menu sa dá spustiť CL player.

Na vytvorenie G-kódu založenom na vnútornom post-procesore je nutné vybrať jednu alebo viac dráh nástroja v stromovom adresári modelu a potom kliknúť na NC

Create/Output/Create NC Code/Automatic. Toto vytvorí súbor s koncovkou .tap, ktorý je možné už načítať do riadiaceho hardvéru CNC zariadenia a spustiť výrobu súčiastky.


123

Obr. 83 Výstup CL dát pre výrobu


124

Obsah

Predhovor str.

1. Aplikácia CAD metód v systéme CREO

1.1. Úvod do CA systémov 4 1.2. Charakteristika modulu Creo-Parametric 5 1.3. Práca so skicárom 9 1.4. Základné konštrukčné prvky 10 1.5. Umiestňované konštrukčné prvky 17 1.6. Pomocné konštrukčné prvky 22 1.7. Práca so zostavami 23 1.8. Generovanie výkresov 27 1.9. Výpočty základných charakteristík modelu 31 1.10. Modelovanie plechových ohýbaných častí 32

2. Aplikácia CAE metód v systéme CREO

2.1. Pevnostné výpočty v CAD systémoch 35 2.2. Charakteristika modulu Creo-Simulate 36 2.3. Princíp metódy geometrických prvkov 37 2.4. Definícia výpočtového modelu 39 2.5. Metodika výpočtu statickej analýzy 43 2.6. Zobrazenie a interpretácia výsledkov 45 2.7. Obmedzenia použitia modulu Structure 48 2.8. Príprava modelu pre pevnostné analýzy pomocou regiónov 53 2.9. Idealizované prvky v pevnostných analýzach 54 2.10. Možnosti ovplyvnenia tvorby siete 59 2.11. Pevnostné analýzy zostáv 63 2.12. Tvarová a rozmerová optimalizácia 69

3. Aplikácia CAM metód v systéme CREO

3.1. CAM Počítačová podpora výroby 76 3.2. Vytvorenie Creo NC programu 77 3.3. Stratégie vŕtania veľkého množstva dier na CNC fréze 83 3.4. Parametrické obrábanie matematickej plochy 87 3.5. CAM Lite 100

Obsah

Literatúra


125

Literatúra [1] J. Burák, K. Semrád: Základy navrhovania konštrukcií technických, technologických

a energetických zariadení, elfa, s.r.o., Košice, 2013, ISBN 978-80-8086-223-7 [2] J. Burák, O. Ostertag: Základy projektovania konštrukčných prvkov pomocou metódy

konečných prvkov, elfa, s.r.o., Košice, 2010, ISBN 978-80-8086-137-7 [3] J. E. SHINGLEY, Ch. R. MISCHKE, R. G. BUDYNAS: Konstruování strojních součástí, VUT v

Brně, VUTIUM, 2010, ISBN 978-80-214-2629-0 [4] F. Trebuňa, F. Šimčák, V. Jurica: Pružnosť a pevnosť I. a II., Vysokoškolská učebnica,

Vienala, Košice, 2000, ISBN 80-7099-477-0, ISBN 80-7099-478-9 [5] F. Trebuňa, P. Bigoš: Intenzifikácia technickej spôsobilosti ťažkých nosných konštrukcií,

Monografia, Vienala, Košice, 1998, ISBN 80-967325-3-6 [6] F. Trebuňa, F. Šimčák: Tenkostenné nosné prvky a konštrukcie, Monografia, Vienala,

Košice, 1999, ISBN 80-7099-444-4 [7] The HyperWorks University Team: Practical aspects of finite element simulation,

A student guide, Altair Engineering, Inc., Michigan, USA, 2012, URL: <http://www.altairuniversity.com/>

[8] Z. Konečný, V. Krys, T. Kot: CAD III. Pevnostní analýzy, učební text, Katedra robotechniky, Vysoká škola báňská, Technická univerzita Ostrava, Fakulta strojní, ISBN 978-80-248-1513-8, URL: <http://robot.vsb.cz/skripta/cad-iii/>

[9] CADTRAIN-COACH for Pro/ENGINEER, COACH e-Learning Solutions, Irvine, USA, URL: <http://www.cadtrain.com/>

[10] Pro/ENGINEER Wildfire 3 Help Page, Cambridge University Engineering Department, Cambridge UK, URL: <http://www.eng.cam.ac.uk/DesignOffice/cad/>

[11] TSD Engineering: Mechanical design simulation and optimization, USA, 2003, URL: <http://www.tsdengineering.com/>

[12] Pro/ENGINEER & Pro/MECHANICA, User guide, Parametric Technology Corporation, Waltham, 1997

[13] COSMOS/M, User guide, Structural Research and Analysis Corporation, Los Angeles, 1997

[14] V. Kolář, I. Němec, V. Kanický: Principy a praxe metody konečných prvku, Computer Press, Praha, 1997

[15] V. Ivančo, V. Kubín, K. Kostolný: Program COSMOS/M, Edícia študijnej literatúry, Strojnícka fakulta TU v Košiciach, elfa, s.r.o., Košice, 2000

[16] K. Madáč, J. Kráľ: Parametrické CREO-vanie modelov a NC programov, Strojnícka fakulta TU v Košiciach, Košice, 2012, ISBN 978-80-553-0854-8

Documents

APLIKÁCIA CAX METÓD V SYSTÉME CREOweb.tuke.sk/lf-kli/Semrad Karol/Aplikacia CAX metod v... · 2017-11-06 · aplikácií. PTC Creo je navrhnutý pre riešenie problémov, ktoré