TEKST: Adam Budzyński, Wojciech Bieniaszewski,
Szymon Kościanowski, Michał Bachan
Autorzy są członkami Koła
Naukowego Solid Edge na Wydziale
Mechanicznym Akademii
Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy
Kompletna biblioteka 3D MCAD podstawowych łączników gwintowych według standardów konstrukcyjnych danych Polskimi Normami, dedykowana dla systemu Solid Edge v18
Jednym ze sposobów przyspieszenia wspomaganych komputerowo prac konstrukcyjnych 3D MCAD jest wykorzystanie cyfrowych bibliotek normaliów. Dzięki ich stosowaniu możliwe jest szybkie i łatwe wstawienie do projektu gotowych obiektów znormalizowanych, często pojawiających się wielokrotnie.
Współcześnie stosuje się zarówno biblioteki symboli 2D (np. elementy ideowych schematów hydraulicznych), jak również modeli 3D (np. komponenty form wtryskowych). Według niezależnych firm konsultingowych, użytkownicy najczęściej korzystają jednak z zasobów modeli 3D podstawowych łączników gwintowych (śruby, nakrętki i podkładki), ponieważ są to elementy wykorzystywane jednocześnie w wielu różnych branżach inżynierskich, np. w przemyśle maszynowym, narzędziowym, lotniczym, itd.
Większość producentów oprogramowania 3D MCAD dostarcza biblioteki złączy gwintowych wg najpopularniejszych standardów konstrukcyjnych, m.in. ISO, ANSI, GB, DIN, GOST, itd. Dotychczas oferowane biblioteki komercyjne zawierają jedynie najczęściej stosowane typoszeregi części.
Znaczna część użytkowników systemów MCAD w Polsce wykorzystuje w swej pracy standardy konstrukcyjne określone przez Polskie Normy (PN-EN, PN-EN ISO, PN/M). W żadnym z oferowanych na polskim rynku programów MCAD nie wbudowano dotychczas biblioteki normaliów PN o odpowiednio rozbudowanych zasobach. Zaistniała więc potrzeba opracowania kompletnej biblioteki ww. złączy gwintowych, adresowanej przede wszystkim do polskich konstruktorów oraz ich zagranicznych kooperantów.
Zasoby biblioteki „KNSE – Solid Edge – Fasteners Library 2006”
Członkowie Koła Naukowego Solid Edge (KNSE) z Wydziału Mechanicznego Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy wykonali bibliotekę numeryczną zawierającą modele śrub, nakrętek i podkładek, o geometrii danej wszystkimi(!) adekwatnymi Polskimi Normami obowiązującymi w Polsce, tytułem rozporządzenia Polskiego Komitetu Normalizacyjnego na rok 2006. Zasoby biblioteki przedstawiono w Tablicy 1.
Metoda tworzenia biblioteki złączy gwintowych
Wykorzystano możliwości parametryzowania modeli części, tworzonych w systemie Solid Edge. W przypadku danego typoszeregu odpowiedniej normy, wykonano jeden sparametryzowany obiekt danego łącznika. Każdemu z wymiarów części przypisano odpowiednią zmienną (Rys. 1). W zależności od wartości zmiennych, model może zmieniać swoje rozmiary.
Możliwe kombinacje zmiennych – odpowiednie dla każdego z typoszeregów danej normy – zapisano we wsadowym pliku tekstowym (Rys. 2). Po pobraniu z niego właściwej kombinacji zmiennych, model pierwotny ulega transformacji w żądany model pochodny.
Na podstawie transformacji zaledwie jednego modelu pierwotnego uzyskano możliwość wygenerowania modelu każdego łącznika uwzględnionego w opisie danej normy. Uzyskano więc znaczną oszczędność miejsca zajmowanego na dysku przez bibliotekę.
Interface i zastosowanie biblioteki
Bibliotekę uruchamia się z poziomu modułu Assembly, służącego do tworzenia zespołów 3D. Chcąc umieścić dany model w zespole, należy wybrać w oknie biblioteki:
– rodzaj łącznika, np. śrubę,
– normę, np. PN-90/M-82244: Śruby z łbem sześciokątnym zmniejszonym z prowadzeniem pod łbem
– rodzaj gwintu, np. M10x1.25,
– długość trzpienia śruby, np. 80 mm.
Podczas doboru łącznika, dostępny jest podgląd modelu, zarówno 2D, jak i 3D. Podgląd 2D uwzględnia zwymiarowany model w widoku głównym (Rys. 3a) oraz izometrycznym. Podgląd 3D umożliwia obrót modelu, jego przesunięcie lub zbliżenie (Rys. 3b).
Nazwa plików zawierających modele wstawianych do zespołu łączników składa się z nazwy własnej normy oraz wartości najważniejszych wymiarów danej części (wymóg PN). Po wybraniu opisanych powyżej parametrów śruby, zostanie wygenerowany i wstawiony do zespołu części plik o nazwie PN-90_M-82244_M10x1.25_80.par. Ułatwiono więc nawigację użytkownika w zespole części, co ma znaczenie podczas pracy w dużych złożeniach.
Przykład zespołu części, do którego wprowadzono z biblioteki modele łączników wg PN przedstawiono na Rys. 4. Jest to fragment przystawki napędowej suszarni obrotowej materiałów sypkich. Uwagę zwraca względnie szeroki zakres zastosowanych tu rodzajów gwintów, od M8 (montaż osłony) do M90 (montaż wieńca zębatego).
Użytkownik ma możliwość edycji wartości dowolnej zmiennej każdego z modeli pobranych z biblioteki. Umieściwszy w pliku zespołu np. model śruby o nieprawidłowej długości, nie ma potrzeby jego usuwania i generowania nowej części. Wystarczy zaktualizować wartość odpowiedniej zmiennej (Rys. 5). Zmiana ta może dotyczyć jednej śruby, kilku śrub lub wszystkich obiektów danego rodzaju.
Istnieje również możliwość łatwego zastąpienia wybranych łączników elementami należącymi do innej normy (Rys. 6), np. zastąpić wskazane modele nakrętek sześciokątnych zwykłych (PN-EN ISO 4032) modelami nakrętek sześciokątnych samozabezpieczających z kołnierzem stożkowym (PN-EN 1663).
Przykłady zautomatyzowania prac MCAD
Łączniki gwintowe stosuje się w przeważnie w postaci tzw. kompletnych stosów, tj. zestawów składających się ze śruby oraz odpowiedniej ilości podkładek i nakrętek. Aby uniknąć konieczności osobnego generowania każdej z ww. części, do dyspozycji użytkowników oddano predefiniowane złożenia AKADEMIA DESIGN News: Programy nastawne, składające się z danej śruby wraz z dwiema podkładkami i nakrętki (Rys. 7a). Po wstawieniu danego stosu do zespołu istnieje możliwość eliminacji elementów zbędnych lub wstawienia dodatkowych (Rys. 7b).
Stosowanie predefiniowanych stosów w formie zespołów nastawnych umożliwia aktualizację ich geometrii, np. po zmianie grubości łączonych płyt (Rys. 8).
Podczas wstawiania łączników do zespołu 3D tworzy się przeważnie relacje montażowe pomiędzy wstawianymi częściami, a modelami istniejącymi już w zespole, np. relacja współosiowości pomiędzy trzpieniem śruby, a otworem w jednej z łączonych płyt.
W wielu przypadkach lokalizacja otworów w płycie może być jednak określona dopiero po wstawieniu do zespołu danego obiektu (np. pulpitu sterowniczego), przytwierdzanego do danej płyty łącznikami gwintowymi.
Potrzebę manualnego wykonywania otworów w płytach na podstawie lokalizacji łączników można wyeliminować. Pliki stosów łączników rozbudowano o informacje dotyczące półautomatycznego wykonywania otworów w miejscach uzasadnionych obecnością śruby, podkładek i nakrętek. Mogą to być otwory zwykłe, gwintowane, walcowe, stożkowe, proste, pogłębiane lub ich kombinacje. Po umieszczeniu stosu łączników w zespole, w którym nie wykonano jeszcze otworów (Rys. 9a), wskazuje się lica czołowe każdej z płyt, przez które mają one przechodzić (Rys. 9b). Widok częściowy zespołu, w którym wstawienie stosu łączników spowodowało półautomatyczne wykonanie otworów przedstawiono na Rys. 9c.
Łączniki gwintowe pobrane z biblioteki są pokazywane na przekrojach 2D w widoku (ustawienie domyślne).
Podsumowanie
Wykonano kompletną bibliotekę numeryczną podstawowych łączników gwintowych według standardów PN. Uwzględniono w niej wszystkie normy dotyczące śrub, nakrętek i podkładek, co oznacza nagromadzenie danych geometrycznych 1836. typoszeregów części opisanych 108. normami.
Uwagę zwraca możliwość elastycznego stosowania biblioteki. Oznacza to m.in. dostęp użytkownika do wartości zmiennych danych modeli po ich wstawieniu do zespołu, możliwość zastąpienia wybranych elementów częściami należącymi do innej normy, a także stosowanie para-inteligentnych zespołów stosów łączników, półautomatycznie tworzących niezbędne otwory w modelach łączonych płyt.
Poprzez zastosowanie łatwego w edycji tekstowego pliku wsadowego, możliwa jest szybka aktualizacja zasobów biblioteki w wyniku wprowadzenia nowych rozporządzeń PKN.
Wprowadzenie biblioteki „KNSE – Solid Edge – Fasteners Library 2006” na polski rynek może spowodować ostateczne zażegnanie trudności, związanych ze stosowaniem polskich normaliów złącznych we współczesnych pracach konstrukcyjnych.
Na podstawie analizy rynku oprogramowania inżynierskiego stwierdza się, iż wykonanie ww. biblioteki, zawierającej geometrię wszystkich śrub, nakrętek i podkładek obowiązujących na terenie danego kraju jest ewenementem w branży 3D MCAD.
