Antro Laipsnio Parametrinės Projekcijos ir CAD/CAM/CAE

Antrojo Laipsnio Geometrinės Operacijos ir Parametrinis Projektavimas

  • Antrojo laipsnio geometrinė operacija: Tai procesas, kurio metu žemesnio laipsnio geometrinėmis figūromis sukuriamas aukštesnio laipsnio geometrinis kūnas, turintis mažiausiai 2 eilių paviršių.

  • SWEEP komanda (Kreiva linijinė projekcija): Operacija, kai profilis projektuojamas naudojant kreivalinijinį kelią. Šis kelias gali susidėti iš:

    • Tiesių.

    • Apskritimo lankų.

    • Kreivių.

  • Kreiva linijinė operacija: Jos metu gaunamas sklandus kūnas traukiant pasirinktą profilį išilgai sudaromosios linijos.

    • Apribojimai:

      • Kreivės kreivumo spindulys visada turi būti didesnis nei profilio matmuo lenkimo spindulio kryptimi.

      • Sudaromoji linija turi būti sklandi ir be trūkių.

      • Gauto kūno skersmuo visame ilgyje išlieka vienodas.

  • Profiliui keliami reikalavimai:

    • Kelias (sudaromoji linija) gali eiti per profilio liniją, profilio išorėje arba per pačią sudaromąją liniją.

    • Sudaromosios kreivumo spindulys privalo būti didesnis už atstumą iki profilio krašto lenkimo centro kryptimi.

    • Lenkimo spindulys gali būti lygus 00.

  • Įvilkimas (LOFT): Operacija, kai sklandus kūnas suformuojamas turint kelis profilius ir vieną sudedamąją.

  • Sudaromosios linijos funkcijos: Ji leidžia suformuoti norimą paviršiaus formą, nurodyti judėjimo kelią, susukti arba išgaubti modelį.

  • Ekvidistantinė operacija EQUIDISTAN (OFFSET): Operacija, kurios metu, turint sujungtas kelias detales, nubraižoma viena kreivė, nutolusi vienodu atstumu nuo visų sujungtų detalių.

Junginiai ir Gaminio Struktūra

  • Junginys (Sąranka): Dviejų ir daugiau detalių derinys, turintis bent tris parametrines jungtis. Jungtis galima vykdyti sutapdinus:

    • Paviršius.

    • Kreives.

    • Taškus.

  • Judantys junginiai (Sujungimų tipai):

    • Krumpliaratiniai.

    • Diržiniai sujungimai.

    • Cilindriniai ir prizminiai sujungimai.

    • Kumšteliniai sujungimai.

  • Sujungimo defektai: Neleistini tarpai ir komponentų kolizijos (interferencija).

  • Struktūriniai eigos apribojimai: Nustato ribas (nuo/iki), kiek gali judėti cilindriniai ar prizminiai junginiai.

  • Gaminio hierarchijos lygiai:

    1. Mašina / Agregatas: Pusiau autonominis įrenginys, atliekantis dalinę įrenginio funkciją. Gali turėti subagregatų.

    2. Mechanizmas: Sudarytas iš junginių ir detalių, skirtas judesio perdavimui ir transformacijai.

    3. Junginys: Minimalus derinys (bent 2 detalės), pilnai atliekantis tam tikros funkcijos dalį (pvz., guolis, srieginis sujungimas).

    4. Detalė: Mažiausias, neardomas gaminio komponentas. Viena detalė atskirai funkcijos neatlieka, ji yra funkcijos sudedamoji dalis.

Projektavimo Kryptys ir Koncepcija

  • Projektavimo kryptis: Veiksmų seka, kurios metu sukuriamas reikiamo gaminio modelis.

  • Egzistuojančios kryptys:

    • Žemėjantis (Top-Down): Projektuojama nuo bendros idėjos iki smulkiausių komponentų. Gaminio formą nulemia jo funkcinės savybės.

    • Kylantis (Bottom-Up / Down-Top): Pradedama nuo komponentų, kurie jungiami į junginius, kol gaunamas galutinis produktas. Forma nėra apibrėžta iš anksto, ją nulemia komponentų sąveika. Naudojama individualioje gamyboje, vienetinių junginių gamyboje, karo ar gelbėjimo operacijų atveju.

  • Inžinerinės taikymo sritys:

    • Statyba: Neturi cikliškumo, forma mažai lemia funkciją, gaminys neturi judesio, funkcija žinoma iš anksto.

    • Elektronika: Schemų rengimas ir fizinis plokščių projektavimas.

    • Mechanika: Pasižymi cikliškumu ir sudėtingais judančiais junginiais.

  • Cikliškumas: Projektavimo proceso dalis, kai projektas nuolat grįžta į esminius etapus (Iniciacija -> Planavimas -> Įgyvendinimas -> Gyvavimo ciklas -> Uždarymas).

  • Koncepcija: Taisyklių ir principų rinkinys, apimantis formą, erdvinį ir struktūrinį sprendimą, gamybos kelią bei laukiamas funkcines savybes.

    • Lengvai apibrėžiamos savybės: Spalvinės savybės, geometrinės formos sandara, struktūrinė koncepcija, kokybė, kaina.

    • Realizacijos bazė: Komponentų ir medžiagų gamybos bazės, gamybos vietos ir kiti resursai.

    • Technologiniai resursai: Žaliavos, gamybos kultūra, bendroji technologinė kultūra, darbo vietos kaina.

  • Ilgaamžiškumo priemonės: Medžiagos, konstrukciniai elementai, gamybos tikslumas.

Technologinių Konstrukcinių Parametrų Patikra ir FEM

  • Inžinerinė analizė: Sukurtos konstrukcijos kokybinės patikros metodas.

  • Kokybiniai parametrai: Stiprumas (įtempiai nuo savojo svorio ir apkrovos), stabilumas (sistemos išlikimas stabilios apkrovus), savieji sistemos dažniai (atsparumas virpesiams).

    • Sistemos standumas: Didžiausi poslinkiai ir deformacijos nuo užduotos apkrovos.

  • Kinematinės grandinės patikra: Tikrinama, ar surinktas gaminys nestringa ir ar dalys neiškrenta; nustatomi kiti kinematiniai parametrai. Atliekama kompiuteriu.

  • Dinaminė patikra: Tikrinamas judančios sistemos veikimas veikiant statinėms ir dinaminėms apkrovoms. Naudojama medicinoje, povandeninėje, skraidančioje technikoje bei mikro/nano mechanizmuose.

  • Baigtinių Elementų Metodas (BEM / FEM): Naudojamas šilumos pernešimo, skysčių tekėjimo, radiacijos ir kitiems skaičiavimams.

  • Baigtiniai elementai:

    • Plokščios struktūros: Stačiakampiai, trikampiai.

    • Erdvinės struktūros: Heksaedrai, tetraedrai.

  • Pagrindinė statikos lygtis (Standumui ir poslinkiui):

    • k×u=dk \times u = d

  • Algebrinių baigčių sistema:

    • [K]{U}={R}[K]\{U\} = \{R\}

    • [K−1]{R}={U}[K^{-1}]\{R\} = \{U\}

  • Mišri formulė:

    • (Kamp;KKamp;K)(UU)=(ff)\begin{pmatrix} K & K \\ K & K \end{pmatrix} \begin{pmatrix} U \\ U \end{pmatrix} = \begin{pmatrix} f \\ f \end{pmatrix}

Skaičiavimo Gamyba ir Rezultatai (SolidWorks Pavyzdys)

  • Skaičiavimo eiga:

    1. Sukuriamas 3D modelis.

    2. Suteikiama medžiaga (pvz., AISI 1020: Elastic Modulus 200000 N/mm2200000\,N/mm^2, Poisson's Ratio 0.290.29, Yield Strength 351.57 N/mm2351.57\,N/mm^2).

    3. Pasirenkamas analizės tipas (Static, Frequency, Thermal, Buckling, Drop Test ir kt.).

    4. Įtvirtinami paviršiai (Fixed Geometry).

    5. Sudedamos jėgos (Force, Torque, Pressure, Gravity).

    6. Sukuriamas baigtinių elementų tinklelis (Mesh).

    7. Išsprendžiamos lygtys ir vizualizuojami rezultatai.

  • Statinės analizės rezultatai:

    • Stress (von Mises): Maksimali reikšmė pavyzdyje 1.097×107 N/m21.097 \times 10^7\,N/m^2.

    • Displacement: Maksimalus poslinkis 8.041×10−3 mm8.041 \times 10^{-3}\,mm.

    • Strain: ESTRN reikšmė iki 3.620×10−53.620 \times 10^{-5}.

  • Dažnių analizės (Frequency) rezultatai:

    • Mode 1: 1492.1 Hz1492.1\,Hz

    • Mode 2: 2169.1 Hz2169.1\,Hz

    • Mode 3: 3284.9 Hz3284.9\,Hz

    • Mode 4: 3929 Hz3929\,Hz

    • Mode 5: 6172.3 Hz6172.3\,Hz

CNC Staklės (CAM) ir Programavimas

  • CNC (Computer Numerical Control): Automatizuota gamyba, kai programa sukuriama iš ruošinio modelio atėmus gaminio modelį.

  • Klasifikacija:

    • Pagal apdorojimo būdą: Pjovimas, nemechaninis apdorojimas, priauginimas.

    • Pagal konfigūraciją: Sukimosi centrai, 3D detalės, 2.5D detalės (dvi projekcijos + ribota trečia), 2D detalės (plokštės).

  • Ašys: Frezavimo staklės turi 3 aktyvias ašis; gali būti 4 arba 5 ašių (3 slenkamosios ir 2 sukamosios).

  • Adresacija:

    • Absoliutinė: Įrankis juda iš koordinačių pradžios (nulinio taško).

    • Santykinė: Įrankis juda iš paskutinio taško.

  • Programos bloko struktūra:

    • N001: Eilės numeris.

    • G01: Tiesinė interpoliacija.

    • X, Y, Z: Koordinatės.

    • F: Pastūma.

    • S: Suklio apsisukimai.

  • Kodų reikšmės:

    • G: Valdo junginių poslinkius.

    • M: Valdo staklių funkcijas (aušinimas, suklio paleidimas).

    • T: Įrankio parinkimas.

  • Specialieji simboliai:

    • . (taškas): trupmeninė dalis.

    • () (skliaustai): komentarai.

    • % (procentas): programos pradžia/pabaiga.

    • ; (kabliataškis): eilutės pabaiga (EOB).

    • # (grotelės): kintamieji makroprogramose.

CAM Realizacijos Procesas (Mastercam)

  1. Modelio importavimas: File -> Open (pvz., .sldprt).

  2. Staklių parinkimas: Machine Type -> Mill -> Default (pvz., Generic Haas 4X Mill).

  3. Ruošinio nustatymas: Stock Setup -> Bounding Box.

  4. Apdorojimo operacijų parinkimas: Toolpaths -> Surface Rough Parallel arba Contour.

  5. Įrankių nustatymas: Pasirenkamas bibliotekos įrankis (pvz., 1/2 BALL ENDMILL arba 17/32 FLAT ENDMILL).

  6. Parametrų suvedimas: Stepover, Stepdown, Clearance (2.02.0), Retract (0.250.25).

  7. Verifikacija: Verify selected operations (vizualus pjovimo stebėjimas).

  8. Post-processing: G1 mygtukas sukuria NC kodą (pvz., "DETALE.NC"), kuris įkeliamas į stakles.