Изготовления детали на станке ЧПУ, с помощью специализированного программного обеспечения
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ
СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОЙ ТЕХНИКИ И СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
_____________________________________________________________________________________
КАФЕДРА “ПУТЕВЫЕ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАШИНЫ И РОБОТОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ”
Курсовая работа
по дисциплине «Программирование и программное обеспечение»
на тему: «Изготовления детали на станке ЧПУ, с помощью специализированного программного обеспечения »
Выполнил: студент группы ТНД-211
Григорьев Павел Александрович
Проверил: ассистент кафедры ПСМ
Власов Ярослав Сергеевич
____________________________________________________________________________________МИИТ 2015
Содержание
1. Построение объемной модели детали в программе Компас 3D
2. Конечно-элементный анализ в САПР Компас-3D v.13
3.Проектирование в САМ системах
4.Вывод
Построение объемной модели детали в программе Компас 3D
Моделирование – сложный процесс, результатом которого является законченная трехмерная сцена (модель объекта) в памяти компьютера. Моделирование состоит из создания отдельных объектов сцены с их последующим размещением в пространстве. Для выполнения трехмерных моделей объектов существует множество подходов. Рассмотрим основные из них, предлагаемые в наиболее успешных на сегодня программах 3D-графики:
• создание твердых тел с помощью булевых операций – путем добавления, вычитания или пересечения материала моделей. Этот подход является главным в инженерных графических системах;
• формирование сложных полигональных поверхностей, так называемых мешей (от англ. mesh – сетка), путем полигонального или NURBS-моделирования;
• применение модификаторов геометрии (используются в основном в дизайнерских системах моделирования). Модификатором называется действие, назначаемое объекту, в результате чего свойства объекта и его внешний вид изменяются. Модификатором может быть вытягивание, изгиб, скручивание и т. п.
При выполнении большинства операций в детали в связи с появлением многотельности добавился выбор нескольких вариантов (режимов) построения:
• при вырезании (удалении материала):
· вычитание элемента – удаление материала детали происходит внутри замкнутой поверхности, сформированной по заданному эскизу и типу операции (выдавливание, вращение и т. д.);
· пересечение элементов – удаление материала детали, находящегося снаружи поверхности, которая сформирована в результате операции;
• при «приклеивании» (добавлении материала):
· новое тело – добавляемый трехмерный элемент формирует в детали новое твердое тело, независимо от того, пересекается он с уже существующими телами или нет. Если создаваемый элемент не имеет пересечений или касаний с существующей геометрией детали, то эта функция включается автоматически;
· объединение – добавляемый элемент соединяется с твердым телом, с которым он пересекается;
· автообъединение – при этом система автоматически объединяет в одно тело существующий и новый элементы, если они пересекаются, или формирует новое тело, если они не пересекаются.
Однако, наряду со многими преимуществами многотельного моделирования, способы получения нескольких тел в модели ограничены следующим.
• Каждое тело в модели детали должно быть неразрывным, из чего следует, что не допускается выполнение таких формообразующих операций, которые разделяют одно или несколько тел на части. Например, нельзя с помощью операции вырезания (или какой-либо другой) разбить тело на несколько нестыкующихся частей. Если вы точно знаете, что в вашей детали будет несколько разрозненных частей, необходимо сразу создавать их как отдельные тела.
• Нельзя перемещать тела в модели (как, например, детали в сборке), кроме как изменяя положения их эскизов.
• Невозможно копировать тела с помощью команд создания массивов. Тело, полученное в результате булевой операции или операции Зеркально отразить тело, также нельзя использовать в массивах. Более того, любые элементы тела, участвовавшего в булевой операции, также не получится размножить.
• При применении массивов в деталях с несколькими твердыми телами копируемые элементы (приклеенные или вырезанные) размещаются на том же теле, что и исходный элемент.
• При наличии пересекающихся, но разных тел в одной детали ассоциативные чертежи могут быть неправильно построены.
Формообразующие операции
КОМПАС – система твердотельного моделирования и что большинство операций по созданию моделей в ней основываются на эскизах (исключение составляют операции по созданию фаски, скругления, оболочки и т. п.). Эскиз – это обычное двухмерное изображение, размещенное на плоскости в трехмерном пространстве. В эскизе могут присутствовать любые графические элементы (примитивы), за исключением элементов оформления (обозначений) конструкторского чертежа и штриховки. Эскизом может быть как замкнутый контур или несколько контуров, так и произвольная кривая. Каждая трехмерная операция предъявляет свои требования к эскизу (например, эскиз для операции выдавливания не должен иметь самопересечений и т. п.). Последовательность построения эскиза для формообразующей операции такова.
1. Выделите в дереве построения или в окне документа плоскость, на которой планируете разместить эскиз (плоскость может быть стандартной или вспомогательной). Если в модели уже есть какое-либо тело (или тела), вы можете в качестве опорной плоскости эскиза использовать любую из его плоских граней. Выделить плоскую грань можно только в окне представления документа.
2. Нажмите кнопку Эскиз 
на панели инструментов Текущее состояние. Модель плавно изменит ориентацию таким образом, чтобы выбранная вами плоскость разместилась параллельно экрану (то есть по нормали к линии взгляда).
3. После запуска процесса создания эскиза компактная панель изменит свой вид . На ней будут расположены панели инструментов, свойственные как трехмерным, так и графическим документам системы КОМПАС-3D. Пользуясь командами для двухмерных построений, создайте изображение в эскизе. Для завершения создания или редактирования эскиза отожмите кнопку Эскиз. Компактная панель при этом восстановит свой прежний вид, а модель примет ту же ориентацию в пространстве, которая была до построения эскиза.
4. Эскиз останется выделенным в окне документа (подсвечен зеленым цветом), поэтому вы сразу можете вызывать нужную команду и создавать или вносить изменения в геометрию модели.
Все трехмерные операции в КОМПАС-3D делятся на основные (то есть собственно формообразующие) и дополнительные. Основные операции включают команды для добавления и удаления материала детали, булевы операции, команду создания листового тела, а также команду Деталь-заготовка. Дополнительные операции представляют собой команды для реализации тех или иных конструкторских элементов на теле детали (фаски, скругления, отверстия, уклона, ребра жесткости и т. д.). В отдельную группу можно отнести команды построения массивов трехмерных элементов как в детали, так и в сборке. Есть также некоторые специфические команды, доступные только для сборки.
Существует четыре основных подхода к формированию трехмерных формообразующих элементов в твердотельном моделировании. Эти подходы практически идентичны во всех современных системах твердотельного 3D-моделирования (есть, конечно, небольшие различия в их программной реализации, но суть остается той же). Рассмотрим их.
• Выдавливание. Форма трехмерного элемента образуется путем смещения эскиза операции (рис. 1, а) строго по нормали к его плоскости (рис. 1, б). Во время выдавливания можно задать уклон внутрь или наружу (рис. 1, в и г). Контур эскиза выдавливания не должен иметь самопересечений. Эскизом могут быть: один замкнутый контур, один незамкнутый контур или несколько замкнутых контуров (они не должны пересекаться между собой). Если вы формируете основание твердого тела выдавливанием и используете в эскизе несколько замкнутых контуров, то все эти контуры должны размещаться внутри одного габаритного контура, иначе вы не сможете выполнить операцию. При вырезании или добавлении материала выдавливанием замкнутые контуры могут размещаться произвольно.
Рис. 1. Выдавливание: эскиз (а), сформированный трехмерный элемент (б), уклон внутрь (в) и уклон наружу (г)
• Вращение. Формообразующий элемент является результатом вращения эскиза (рис. 2, а) в пространстве вокруг произвольной оси (рис. 2, б). Вращение может происходить на угол 360° или меньше (рис. 2, в). Ось вращения ни в коем случае не должна пересекать изображение эскиза!
Рис. 2. Вращение: эскиз (а), полное вращение (б), вращение на угол меньше 360° (в)
Если контур в эскизе незамкнут, то создание тела вращения возможно в двух различных режимах: сфероид или тороид (переключение производится с помощью одноименных кнопок панели свойств). При построении сфероида конечные точки контура соединяются с осью вращения отрезками, перпендикулярными к оси, а в результате вращения получается сплошное тело. В режиме тороида перпендикулярные отрезки не создаются, а построенный трехмерный элемент принимает вид тонкостенного тела с отверстием вдоль оси вращения.
• Кинематическая операция. Поверхность элемента формируется в результате перемещения эскиза операции вдоль произвольной трехмерной кривой (рис. 3). Эскиз должен содержать обязательно замкнутый контур, а траектория перемещения – брать начало в плоскости эскиза. Разумеется, траектория должна не иметь разрывов.
Рис. 3. Кинематическая операция: эскиз и траектория операции (а), трехмерный элемент (б)
• Операция по сечениям. Трехмерный элемент создается по нескольким сечениям-эскизам (рис. 4). Эскизов может быть сколько угодно, и они могут быть размещены в произвольно ориентированных плоскостях. Эскизы должны быть замкнутыми контурами или незамкнутыми кривыми. В последнем эскизе может размещаться точка.
Рис. 4. Операция по сечениям: набор эскизов в пространстве (а), сформированный трехмерный элемент (б)
Перечисленных четырех способов обычно хватает для формирования сколь угодно сложных форм неорганического мира. Иногда, правда, бывает значительно легче сформировать объект, используя другие методы моделирования в других графических системах (речь идет о полигональном или NURBS-моделировании). Однако в 90 % случаев твердотельного инструментария достаточно для построения неживых объектов.
Бланк задания
Конечно-элементный анализ в САПР Компас-3D v.13
Основные положения
Система APM FEM представляет собой интегрированный в КОМПАС-3D инструмент для подготовки и последующего конечно-элементного анализа трехмерной твердотельной модели (детали или сборки).
Подготовка геометрической 3D модели и задание материала осуществляется средствами системы КОМПАС-3D. С помощью APM FEM можно приложить нагрузки различных типов, указать граничные условия, создать конечно-элементную сетку и выполнить расчет. При этом процедура генерации конечных элементов проводится автоматически.
APM FEM позволяет провести следующие виды расчетов:
· статический расчет;
· расчет на устойчивость;
· расчет собственных частот и форм колебаний;
· тепловой расчет.
В результате выполненных системой APM FEM расчетов Вы можете получить следующую информацию:
· карту распределения нагрузок, напряжений, деформаций в конструкции;
· коэффициент запаса устойчивости конструкции;
· частоты и формы собственных колебаний конструкции;
· карту распределения температур в конструкции;
· массу и момент инерции модели, координаты центра тяжести.
APM Studio позволяет выполнять расчет не только твердотельных, но и оболочечных (прастинчатых) деталей и сборок.
APM Structure3D предоставляет возможность редактирования КЭ-сетки, создания комбинированных (стержневых-пластинчатых-объемных) моделей, а также решения задач большой размерности.
Начало работы с APM FEM.
Минимальные требования для работы библиотеки соответствуют требованиям КОМПАС-3D.
Система APM FEM является прикладной библиотекой КОМПАС-3D для подключения которой необходимо запустить менеджер библиотек , а затем, используя контекстное меню выбрать библиотеку APM FEM: Прочностной анализ в разделе «Расчет и построение»
.
Рис. 1. Библиотека APM FEM: Прочностной анализ
Перед началом работы с библиотекой APM FEM рекомендуется перестроить модель (клавиша F5).
1.1 Общий вид APM FEM
APM FEM является библиотекой системы трехмерного моделирования КОМПАС-3D и полностью использует ее интерфейс, что существенно облегчает работу
1.2 Команды библиотеки APM FEM
При подключении библиотеки APM FEM: Прочностной анализ справа появляется дополнительная вкладка со ВСЕМИ командами библиотеки.
Рис. 1.2 Фрагменты библиотеки APM FEM: Прочностной анализ
Рис. 1.3 Группа команд Нагрузки и закрепления
Рис. 1.4 Группа команд Разбиение и расчет
Рис. 1.5 Группа команд Результаты
1.3 Выбор объектов
Для задания закреплений и нагрузок требуется указание или выделение объектов, как правило, ребер и граней. После активации команды в строке состояния появляется подсказка «Укажите грань (ребро)…». Для выбора грани или ребра достаточно навести на него указатель мыши и щелкнуть левой кнопкой мыши. При выборе объектов следует учитывает вид указателя мыши для граней и ребер. Цвет выбранных граней и ребер станет красным, а на панели свойств будет указано общее количество объектов, к которым приложена нагрузка или задано закрепление .
Для удобства выбора можно использовать фильтры КОМПАС-3D компактной панели. Для этого необходимо выбрать панель фильтры , а затем вкл/выкл. фильтр граней и ребер .
Для снятия выделения необходимо щелкнуть по объекту повторно.
1.4 Задание свойств материала
Задание свойств материала осуществляется средствами системы КОМПАС-3D с использованием библиотеки Материалов и Сортаментов. Для выполнения прочностного расчета для материала детали должны быть заданы следующие свойства:
— предел текучести, (МПа);
— модуль упругости нормальный, (МПа);
— коэффициент Пуассона, (-);
— плотность, (кг/м^3);
— температурный коэффициент линейного расширения, (1/*С);
— теплопроводность, (Вт/(мС));
— предел прочности при сжатии, (МПа);
— предел выносливости при растяжении, (МПа);
— предел выносливости при кручении, (МПа).
Если материал детали не задан, то по умолчанию принимаются свойства материала Сталь 3 кп (с пределом текучести 235 МПа). Если для выбранного материала поля указанных свойств частично не заполнены, то система выдаст предупреждение об отсутствии или некорректности свойства.
Учитывая, что практически для всех сталей такие свойства как модуль Юнга, коэффициент Пуассона и плотность одинаковы, то различий в картах напряжений и перемещений для деталей из разных сталей не будет и можно использовать материал по умолчанию. Различия будут при просмотре карт коэффициентов запаса, поскольку пределы текучести, прочности, а также выносливости при растяжении и кручении зависят от марки стали.
2.1 Общий порядок расчета твердотельной модели
Порядок подготовки модели и выполнения расчета:
1. Подключение библиотеки APM FEM: Прочностной анализ.
2. Подготовка модели к расчету – задание закреплений и приложение нагрузки.
3. Задание совпадающих граней (для КЭ-анализа сборки).
4. Генерация КЭ-сетки.
5. Выполнение расчета.
6. Просмотр результатов в виде карт напряжений, перемещений.
2.2 Подготовка модели к расчету
|
Команды панели Подготовки модели предназначены для задания нагрузки и установки закреплений.Отдельные нагрузки или закрепления можно показать или скрыть, используя дерево прочностного анализа. При этом в расчете участвуют только видимые нагрузки и закрепления. Эту особенность можно использовать для вариации расчетных моделей.
|
Рис. 2.1 Панель инструментов
Подготовка модели.
|
Приложить давление – выбрав данную команду, Вы сможете приложить равномерно распределенное давление к поверхностям трехмерной модели.
Укажите поверхности, к которым будет приложено давление. После чего выбранная поверхность будет занесена в список граней, приобретет более темный оттенок зеленого цвета и, кроме того, на ней отрисуются стрелки красного цвета, указывающие направление действующего давления .
В случае если такое же давление действует и на другие поверхности, целесообразно их добавить в список граней, аналогично тому, как это было сделано для первой поверхности.
Заключительным этапом является указание значения давления действующего на поверхность. Для этого необходимо ввести с клавиатуры числовое значение в поле рядом с надписью Давление. Значение нагрузки может быть задано как в Н/мм2 (МПа), как это предлагается сделать на , так и в виде величины силы действующей на данную грань. Для этого необходимо нажать на кнопку (Н/мм^2 или Н).
При выборе способа ввода давления через силу (Н), введенное значение cилы будет задано на все выбранные грани равномерно. Такой подход позволяет с помощью одной команды задать суммарную нагрузку на группу разных по площади граней.
Важно помнить, что давление всегда моделируется как сила, действующая на выбранную поверхность и направленная по нормали к каждой точке поверхности.
Для того, чтобы убрать из списка граней ранее выбранную поверхность выделение с нее нужно снять. Для этого подводим указатель мыши к интересующей грани в рабочем окне редактора и нажимаем один раз левую кнопку мыши.
Распределенная сила – выбрав данную команду, Вы сможете приложить равномерно распределенную силу к грани или ребру трехмерной модели. Сила, как и давление, является распределенной, но в отличие от давления задается в глобальной системе координат.
Следующий этап – указать те грани или ребра, к которым будет приложена распределенная сила.
В случае если распределенная сила действует на разные поверхности, целесообразно их добавить в список граней, аналогично тому, как это было сделано для первой поверхности. При этом введенное значение cилы будет задано на все выбранные грани или ребра равномерно. Такой подход позволяет с помощью одной команды задать суммарную нагрузку на группу разных по длине ребер (площади граней).
Заключительным этапом является указание значения силы. Для этого необходимо ввести с клавиатуры числовые значения в поля X, Y, Z соответствующие проекциям силы в глобальной системе координат. Длина вектора определится автоматически. Значение нагрузки задается в Ньютонах. Пересчет значения силы в каждый узел конечно-элементной сетки при разбиении будет проведен автоматически.
Для того, чтобы убрать из списка ранее выбранную грань (ребро) выделение нужно снять.
Линейное ускорение – данная команда вызывает диалоговое окно для задания вектора линейного ускорения. Значение линейного ускорения вводится в поля X, Y, Z соответствующие проекциям в глобальной системе координат. Длина вектора определится автоматически. Ускорение действует на все конструкцию. Вектор ускорения изображается красной стрелкой в точке (0; 0; 0).
С помощью данной команды также можно задать ускорение свободного падения и, таким образом, учесть действие силы тяжести. Например , линейное ускорение задано по оси Z вверх, а эквивалентная силе тяжести – сила инерции при этом будет действовать вниз.
Угловое ускорение – данная команда позволяет задать угловую скорость и угловое ускорение
Точка отсчета и Направление задаются в поля X, Y, Z соответствующие проекциям в глобальной системе координат. Значение угловой скорости и углового ускорения задаются дополнительно. Направление угловой скорости и ускорения определяется по правилу правого винта. Вектор углового ускорения изображается желтой стрелкой в точке отсчета.
Точку отсчета можно также указать на модели на пересечении ребер. Привязка по точке действует к пересечению ребер.
Если угловое направление угловой скорости и углового ускорения не совпадают, то необходимо отдельно задать угловую скорость без ускорения и угловое ускорение без угловой скорости.
Приложить удельную силу по длине — выбрав данную команду, Вы сможете приложить равномерно распределенную силу к ребру трехмерной модели. Укажите ребра, к которым будет приложена сила .
В случае если такая же сила действует и на другие ребра, целесообразно их добавить в список ребер, аналогично тому, как это было сделано для первого ребра.
Заключительным этапом является указание значения действующей силы и её направление в пространстве. Для этого достаточно ввести проекции этой силы по осям X, Y, и Z в глобальной системе, тем самым, задав как значение, так и направление действия силы. Задание первой проекции по любой из осей приведет к появлению на выделенных ребрах стрелок, показывающих направление действия силы в данном конкретном случае.
Удельная сила по площади – выбрав данную команду, Вы сможете приложить равномерную удельную силу по площади к поверхности трехмерной модели. Задание данной нагрузки аналогично заданию Распределенной силы, только значение удельной силы вводится в Н/мм^2.
Приложить температуру — выбрав данную команду, Вы сможете приложить равномерно распределенную температуру к ребру, к поверхности и к узлу ранее созданной трехмерной модели.
Укажите поверхности, ребра и узлы, к которым будет приложена температура, и введите числовое значение действующей температуры в градусах Цельсия.
Установить закрепление — выбрав данную команду, Вы сможете установить закрепление к ребру и к поверхности трехмерной модели.
Укажите поверхности и ребра, к которым будет установлены закрепления . Заключительным этапом является указание, в каком направлении запретить перемещении, и вокруг какой оси глобальной системы координат запретить поворот для ранее выбранных ребер и поверхностей.
Кроме того, используя инструмент Закрепление можно приложить такой специфический вид нагрузки как Смещение. Если рядом с зафиксированным перемещением/поворотом в активном белом поле поставить число, то это будет рассматриваться как смещение/поворот ранее выбранных элементов на указанное число.
Задать совпадающие поверхности – команда осуществляет автоматический поиск совпадающих граней. После автоматического поиска все совпадающие грани будут размещены в дереве модели. В дереве модели можете выбрать совпадающие грани. При этом они подсветятся на самой модели . Таким образом, можно проконтролировать все автоматически созданные совпадающие грани.
2.3 Работа с деревом прочностного анализа
Дерево модели Прочностной анализ является отдельной вкладкой и содержит 4 группы объектов: Нагрузки и закрепления, Совпадающие поверхности, КЭ-сетка и Результаты расчета.
Для работы с группами (Рис. 2.2) и объектами (Рис. 2.3) дерева модели используются контекстные меню. Команды контекстного меню группы применимы ко всем объектам группы.
Команды контекстного меню для работы с группой объектов:
Удалить все – команда удаляет объекты группы.
Скрыть все – команда скрывает отображение всех объектов группы на 3D модели.
Показать все – команда включает отображение всех объектов группы на 3D модели.
Обновить все – команда позволяет обновить отображение объектов на 3D модели. Данную команду следует обязательно выполнять после любого перестроения геометрической модели для корректного приложения нагрузок и закреплений.
Команды контекстного меню для работы с отдельным объектом:
Удалить – команда удаляет объект.
Скрыть/Показать – команда позволяет включить/выключить отображение объекта на модели.
Редактировать – данная команда открывает панель свойств объекта для редактирования параметров выделенного объекта.
|
Рис. 2.2 Контекстное меню по работе
с группой объектов.
|
Рис. 2.3 Контекстное меню по работе
с отдельными объектами.
|
2.4 Генерация КЭ-сетки
Генерация КЭ-сетки осуществляется с помощью команды КЭ-сетка панели инструментов Разбиение и расчет. Параметрами данной операции являются Максимальная длина стороны элемента, Максимальный коэффициент сгущения на поверхности и Коэффициент разрежения в объеме.
Рис. 2.4 Параметры команды КЭ-сетка.
Максимальная длина стороны элемента – величина, характеризующая размер конечного элемента (тетраэдра) в мм. Значение максимальной длины стороны элемента следует подбирать, исходя из характерных частей конструкции. Для более точного расчёта требуется более «густая» сетка.
Максимальный коэффициент сгущения на поверхности – коэффициент определяет, насколько следующий элемент можно сделать (где необходимо) меньше. Таким образом, при переходе к более мелким частям конструкции, генератор КЭ-сетки получает право создавать конечный элемент в k раз меньше, по сравнению с предыдущим КЭ.
При значении 1 – получаем так называемую «неадаптивную» (равномерную) разбивку. В этом случае элементы конструкции с меньшими, чем заданная максимальная длина размерами будут «проглатываться» или огрубляться.
Задание значения больше 1 ведёт к генерации «адаптивной» разбивки. При этом КЭ-сетка будет максимально точно отражать геометрию «узких мест». Обратной стороной точности будет увеличение общего количества КЭ и времени расчета.
Коэффициент разрежения в объеме – степень увеличения (уменьшения) стороны тетраэдра при генерации сетки вглубь объема твердотельной модели. Чем ближе к 1 – тем более одинаковыми становятся слои КЭ. При значениях, больших 1, внутренние КЭ получаются более крупными по сравнению с теми, что у поверхности. Это ведёт к уменьшению общего количества КЭ, без снижения точности расчёта. Диапазон изменения: 0.7…5.
Для контроля качества конечно-элементного разбиения часть сетки может быть скрыта с помощью установки глубины просмотра. По умолчанию плоскость разреза совпадает с плоскостью вида. Для установки пользовательской плоскости разреза следует повернуть модель так, чтобы планируемая плоскость разреза совпала с плоскостью текущего вида и нажать кнопку «Установить плоскость разреза». Глубина просмотра регулируется с помощью соответствующей прокрутки.
В случае некорректного разбиения отдельных деталей в сборке рекомендуется в КОМПАС-3D открыть деталь, перестроить и пересохранить ее, а затем перестроить всю сборку. При отсутствии изменения геометрии детали заданные ранее нагрузки и закрепления остаются.
|
Рис. 2.5 Пример сгенерированной сетки
|
|
Параметры КЭ-сетки в APM FEM одинаковы для всех деталей, входящих в сборку. Более расширенное задание параметров КЭ-сетки предусмотрено в модуле APM Studiо. К расширенным возможностям работы с КЭ-сетками в APM Studio можно отнести:
– задание точек на ребрах;
– указание точек, вокруг которых следует выполнить дополнительное сгущение;
– задание различной сетки на гранях задания одной детали;
– задание различного шага для разных деталей.
|
Работа со сгенерированной КЭ-сеткой предусмотрена через контекстное меню дерева прочностного анализа. Для сохранения КЭ-сетки в файл КОМПАС-3D необходимо включить данную опцию в контекстном меню папки «КЭ-сетка» (Рис. 2.6).
|
Рис. 2.6 Сохранение КЭ-сетки
в файл КОМПАС-3D.
|
2.5 Выполнение расчета
Для выполнения расчета служит команда Расчет панели инструментов Разбиение и расчет. Перед выполнением расчета следует обратить внимание на параметры расчета.
После вызова команды на экране появляется диалоговое окно, запрашивающее вид производимого расчета.
2.6 Параметры расчета
Команда Параметры расчета панели инструментов Разбиение и расчет вызывает окно с установками для расчета. Диалоговое окно имеет закладки, соответствующие каждому типу расчётов.
Статический расчет
Поле Метод решения системы уравнений позволяет выбрать наиболее подходящий метод решения. LDL метод представляет собой факторизацию матрицы жёсткости ансамбля конечных элементов с приведением её к виду [L]T[D][L]. Frontal метод расчёта предназначен для конструкций состоящих из большого количества конечных элементов. Метод отличается тем, что матрица жёсткости ансамбля непосредственно в оперативной памяти компьютера не составляется, а решение системы уравнений идёт «фронтом» по всем степеням свободы. Глобальная матрица сохраняется на диске. Следующие поля Размер оперативной памяти (размер рабочей области памяти выделяемой для обработки «фронта») и Размер файла для хранения матрицы (устанавливается в зависимости от типа операционной и файловой систем) относятся только к фронтальному методу решения. Отличительной особенностью MT_Frontal является использование многоядерности процессора. Sparse – улучшенный метод работы с разреженными матрицами, обеспечивающий прирост скорости вычислений. При расчетах методом Sparse в матрице жесткости хранятся только ненулевые элементы, а временные файлы размещаются во временных файлах на жестком диске. Предназначен для моделей с большим количеством конечных элементов и с большой полушириной матрицы жесткости. Sparse метод используется по умолчанию.
Рис. 2.7 Диалоговое окно Параметры расчета(статический расчёт).
Устойчивость
Для расчёта устойчивости есть возможность выбора метода решения. Итерации Арнольди – метод решения обобщённой задачи на собственные значения позволяющий получить коэффициент запаса с относительно небольшими затратами процессорного времени. Однако метод не позволяет получать решение для систем с большим числом степеней свободы. Поиск корней детерминанта – более ресурсоёмкий метод, позволяющий получить решение для больших систем. Параметры относительная точность вычислений и максимальное количество итераций задаются для обоих методов.
Рис. 2.8 Диалоговое окно
Параметры расчета(расчёт устойчивости).
«Максимальное значение коэффициента запаса устойчивости», «Размер оперативной памяти для работы алгоритма, МБ» и «Размер файла для хранения матрицы (размер сегмента), МБ» – параметры только для метода решения Поиск корней детерминанта, задающие область поиска решения, размер оперативной памяти выделяемой для работы алгоритма и размер файлов, создаваемых на жёстком диске в процессе работы, соответственно. Замечание: общий размер файлов на жёстком диске будет зависеть от размерности и топологии задачи.
Собственные колебания
Рис. 2.9 Диалоговое окно Параметры расчета (расчёт собственных частот).
Для данного расчёта также есть возможность выбора метода решения между Итерациями Арнольди и Итерациями в подпространстве.
Параметры усталостного расчёта…
Команда Параметры усталостного расчета панели инструментов Разбиение и расчет вызывает окно с установками для усталостного расчёта конструкции. Исходными данными для расчёта усталостной прочности являются напряжённо-деформированные состояния, соответствующие максимальному и минимальному силовому воздействию на конструкцию при циклическом нагружении. Предполагается, что все силы, действующие на конструкцию, изменяются по одному закону.
Рис. 2.10 Диалоговое окно Параметры расчёта усталостной прочности.
Группа Статический расчёт соответствует позволяет задать максимальное и минимальное значения нагрузки, действующей на модель конструкции. Так, если статический расчёт был проведён для среднего уровня нагрузки, то необходимо выбрать радио кнопку Произв. точка (2), а затем в полях ввода Коэфф. для макс. точки(1) и Коэфф. для мин. точки(3) ввести безразмерные коэффициенты, на которые необходимо умножить систему сил чтобы получить экстремальные случаи нагружения. Если статический расчёт был проведён для уровня нагрузки соответствующего максимальным напряжениям, то необходимо выбрать радио кнопку Максимум (1) и в поле ввода Коэфф. для мин. точки(3) указать безразмерный коэффициент, на который необходимо умножить систему сил чтобы получить уровень нагрузки, соответствующий минимальным напряжениям.
В нижней части диалога расположена таблица коэффициентов, используемых при расчёте. Каждому материалу может быть задан определённый набор коэффициентов. Более подробная информация о коэффициентах находится в документации к системе АРМ Structure3D.
2.7 Результаты расчета
Первоначально для просмотра карт необходимо выбрать панель инструментов Результаты. Команда Карта Результатов вызывает окно, для выбора результатов расчета и дальнейшего их просмотра.
Кроме того позволяет устанавливать различные опции представления результатов.
В группе Выбор результатов устанавливается группа результатов. В списке Объёмные элементы выбирается конкретный параметр для просмотра.
Ниже приводится описание некоторых параметров
· UX – перемещение по оси X глобальной системы координат
· USUM – суммарное линейное перемещение
· SX – нормальное напряжение по оси X локальной системы координат элемента.
· SXY – касательное напряжение в площадке с нормалью X и в направлении Y системы координат элемента
· SVM – эквивалентное напряжение по Мизесу
Рис. 2.11 Диалоговое окно Параметры вывода результатов.
В окне ввода Масштабный коэффициент задается коэффициент масштабирования перемещений для отрисовки деформированной конструкции. В случае задания масштабного коэффициента равного нулю, программа вычислит данный параметр автоматически.
Опция усреднять значения по узлам относится к построению карты результатов в виде изообластей. Если эта настройка включена, то значения выбранного параметра в узле будут усредняться по всем элементам имеющим этот узел.
Значения остальных настроек понятны из их названия.
Для просмотра результатов внутри твердотельной модели часть карты может быть скрыта с помощью установки глубины просмотра. По умолчанию плоскость разреза совпадает с плоскостью вида. Для установки пользовательской плоскости разреза следует повернуть модель так, чтобы планируемая плоскость разреза совпала с плоскостью текущего вида и нажать кнопку «Установить плоскость разреза». Глубина просмотра регулируется с помощью соответствующей прокрутки.
Выполнение прочностного анализа по заданным условиям
Задание №1
Сгенерированная сетка
Карта эквивалентных перемещений
Карта эквивалентных напряжений
Задание №2
Сгенерированная сетка
Карта эквивалентных напряжений
Карта эквивалентных перемещений
Задание №3
Сгенерированная сетка
Карта эквивалентных напряжений
Карта эквивалентных перемещений
Проектирование в САМ системах
CAM (англ. Computer-aided manufacturing) — автоматизированная система, либо модуль автоматизированной системы, предназначенный для подготовки управляющих программ для станков с ЧПУ, ориентированная на использование ЭВМ. Под термином понимаются как сам процесс компьютеризированной подготовки производства, так и программно-вычислительные комплексы, используемые инженерами-технологами.
Для подготовки технологической документации, в том числе и согласно с требованиями ЕСТД, используются системы CAPP
2-х осевые лазерные станки,
3-х и 5-осевые фрезерные станки с ЧПУ;
токарные станки,
обрабатывающие центры (в том числе использующие шесть степеней свободы);
автоматы продольного точения и токарно-фрезерной обработки;
ювелирная и объёмная гравировка.
Как правило, большинство программно-вычислительных комплексов совмещают в себе решение задач CAD/CAM, CAE/САМ, CAD/CAE/CAM.
Порядок программирования обработки детали
1. Создание детали в программной оболочке Rhinoceros или VisualCAM
или импорт детали из другой моделирующей CAD программы;
2. Задание нулевой точки детали по координатам XYZ ;
3. Подбор размеров заготовки, из которой будет вырезана деталь.
4. Подбор подходящего режущего инструмента;
5. Выбор необходимых черновых и чистовых стратегий для получения
детали из заготовки.
6. Запуск анимированной обработки для оценивания результата
применяемых стратегий.
Выполнение задания
3 этап
5 этап
6 этап
Вывод
В результате выполнения курсовой работы были изучены возможности программы Компас-3D v.15, были рассмотрены различные методы построения 3D моделей не только в теории, но и на примерах построения детали. Рассмотрены основные положения системы APM FEM, после чего произведен расчет твердотельной модели при различных условиях закрепления и нагружения. Далее изучены САМ системы, их разновидности и возможности. В одной из них , конкретно Free Mill, выполнена обработка детали с получением итогового G - кода.
Пример части полученного G-кода
%
O0
N1G40G49G80
(Parallel Finishing)
N2(Tool Diameter = 9.0 Length = 90.0 )
N3G54
N4G20T0M6
N5 S10000M3
N6G90G0X-1.9685Y-0.1372
N7G43Z0.2362H0
N8 G1Z-2.9846 F6.899
N9 Z-3.0082 F2.587
N10 X0. F3.45
N11 Y-0.0949Z-2.9235
N12 X-1.9685
N13 Y-0.0526Z-2.8389
N14 X0.
N15 Y-0.0102Z-2.7542
N16 X-1.9685
N17 Y0.0321Z-2.6696
N18 X0.
N19 Y0.0744Z-2.5849
N20 X-1.9685
N21 Y0.1167Z-2.5003
N22 X0.
N23 Y0.1591Z-2.4157
N24 X-1.9685
N25 Y0.2014Z-2.331
N26 X-1.5722
N27 X-1.5612Z-2.3312
N28 X-1.5529Z-2.3319
N29 X-0.3985
N30 X-0.3875Z-2.331
N31 X0.
N32 Y0.2437Z-2.2464
N33 X-0.3788
N34 X-0.3922Z-2.2467
N35 X-0.4056Z-2.249
N36 X-0.419Z-2.2537
N37 X-0.4257Z-2.2569
N38 X-0.4324Z-2.2607
N39 X-0.4391Z-2.2652
N40 X-0.4458Z-2.2703
N41 X-0.4525Z-2.2761
N42 X-0.4592Z-2.2826
N43 X-0.4599Z-2.2829
N44 X-1.4918
N45 X-1.4987Z-2.2763
N46 X-1.5049Z-2.2709
N47 X-1.5174Z-2.2617
N48 X-1.5298Z-2.2548
N49 X-1.5423Z-2.25
N50 X-1.5548Z-2.2472
N51 X-1.561Z-2.2465
N52 X-1.5672Z-2.2464
N53 X-1.9685
N54 Y0.286Z-2.1617
N55 X-1.5648
N56 X-1.5545Z-2.1626
N57 X-1.5442Z-2.1648
N58 X-1.5338Z-2.1684
N59 X-1.5235Z-2.1734
N60 X-1.5132Z-2.1799
N61 X-1.5028Z-2.188
N62 X-1.4925Z-2.1977
N63 X-1.4821Z-2.2092
N64 X-1.4718Z-2.2227
N65 X-1.4666Z-2.2303
N66 X-1.4615Z-2.2385
N67 X-1.4563Z-2.2473
N68 X-1.4504Z-2.2578
N69 X-0.5009
N70 X-0.4925Z-2.2427
N71 X-0.4848Z-2.2302
N72 X-0.477Z-2.2191
N73 X-0.4693Z-2.2092
N74 X-0.4615Z-2.2004
N75 X-0.4538Z-2.1927
N76 X-0.4461Z-2.1859
N77 X-0.4383Z-2.18
N78 X-0.4306Z-2.1749
N79 X-0.4228Z-2.1708
N80 X-0.4151Z-2.1674
N81 X-0.4073Z-2.1648
N82 X-0.3996Z-2.163
N83 X-0.3919Z-2.162
N84 X-0.3764Z-2.1617
N85 X0.
N86 Y0.3283Z-2.0771
N87 X-0.3852
N88 X-0.3963Z-2.0779
N89 X-0.4073Z-2.0802
N90 X-0.4184Z-2.0841
N91 X-0.4295Z-2.0897
N92 X-0.4406Z-2.0969
N93 X-0.4516Z-2.106
N94 X-0.4627Z-2.117
N95 X-0.4738Z-2.1302
N96 X-0.4793Z-2.1376
N97 X-0.4848Z-2.1457
N98 X-0.4904Z-2.1545
N99 X-0.4959Z-2.164
N100 X-0.5015Z-2.1743
N101 X-0.507Z-2.1856
N102 X-0.5125Z-2.1978
N103 X-0.5181Z-2.2112
N104 X-0.5236Z-2.226
N105 X-0.5298Z-2.2445
N106 X-0.5305Z-2.246
N107 X-1.4205
N108 X-1.4212Z-2.2459
N109 X-1.4265Z-2.2297
N110 X-1.4319Z-2.2151
N111 X-1.4372Z-2.2018
N112 X-1.4426Z-2.1897
N113 X-1.4479Z-2.1785
N114 X-1.4532Z-2.1682
N115 X-1.4586Z-2.1587
N116 X-1.4639Z-2.1499
N117 X-1.4693Z-2.1417
N118 X-1.4746Z-2.1342
N119 X-1.4853Z-2.1209
N120 X-1.496Z-2.1096
N121 X-1.5067Z-2.1002
N122 X-1.5173Z-2.0925
N123 X-1.528Z-2.0864
N124 X-1.5387Z-2.0819
N125 X-1.5494Z-2.0789
N126 X-1.5601Z-2.0773
N127 X-1.5708Z-2.0771
N128 X-1.9685
N129 Y0.3707Z-1.9924
Изготовления детали на станке ЧПУ, с помощью специализированного программного обеспечения