Иногда на предприятиях складывается парадоксальная ситуация: имеется 3D модель, есть чертеж, созданный на основе модели и принятый службой нормоконтроля, а изготовить деталь невозможно. В чем причина?
Моделирование сложных геометрических объектов и, в частности лопастных колес требует владения набором специальных инструментов. Однако, техника моделирования — это один из вопросов, с которым приходится сталкиваться при создании сложных моделей. Не менее важен выбор правильной стратегии моделирования, которая позволяет влиять на качество создаваемых поверхностей, корректно вносить изменения в модель, снижать трудоемкость подготовки производства.
Компания «М» обратилась к нам за помощью в создании параметрической 3D модели, которую можно было бы использовать для разработки управляющих программ для станков с ЧПУ.
После анализа имеющийся у заказчика 3D модели мы выяснили следующее: поскольку информации о расчетных данных и принципах проектирования колеса отсутствовали, основанием для моделирования лопастей послужил бумажный рабочий чертеж колеса предыдущего проекта. Для построения 3D модели конструктор использовал набор осевых сечений, представленных на чертеже.
Использованный алгоритм построения лопасти по осевым сечениям имеет ряд недостатков. Наиболее существенным является отсутствие единого геометрического элемента (например, опорной кривой), на основе которого можно судить о регулярности изменения и качестве создаваемых поверхностей лопасти. По этой причине, влияние на кривизну создаваемых поверхностей возможно только интуитивно. При изменении размеров отдельного сечения нет возможности оценить, как это повлияет на поведение конечной поверхности. Невозможно спрогнозировать качество итоговых поверхностей лопасти, а их корректировка будет носить дискретный бессистемный характер.
Колебания кривизны огибающей кривой, построенной на основе осевых сечений:
Оценка качества поверхностей с использованием инструмента отражения щелевого источника света:
Нами был найден и реализован алгоритм построения качественной геометрии независимо от способа представленных исходных данных, который позволяет комплексно управлять геометрией модели.
В этом лопастном колесе высокое качество поверхностей было достигнуто путем формирования семейства кривых, связанных со всеми осевыми сечениями. Именно на основе этих кривых и были построены поверхности лопасти.
Соответственно, работа по сглаживанию поверхностей лопасти выполняется на уровне геометрических характеристик плоских кривых, которые в дальнейшем накладываются на цилиндрические поверхности.
Такой подход создает единую картину для всех поверхностей, формирующих лопасть в целом, и позволяет применять как автоматизированные, так и ручные методы сглаживания, контролировать отклонения от исходного профиля и анализировать характер изменения кривизны. При необходимости внесения локальных изменений – обеспечивать плавность переходов.
Задача моделирования колеса может быть осложнена дополнительными требованиями, которые продиктованы, например технологией механической обработки или лопастное колесо может быть опытным, и в дальнейшем модифицироваться. В этом случае целесообразно создать управляемую модель, геометрические характеристики которой могли бы меняться в заданном диапазоне.
Очевидно, что подобные требования могут повлиять и на алгоритм построения модели. Поэтому они должны быть приняты во внимание уже на ранних стадиях, т.е. на этапе выбора стратегии моделирования.
Резюме проекта
Задача заказчика была успешно решена. Нами был найден и реализован алгоритм построения качественной геометрии независимо от способа представленных исходных данных, который позволяет комплексно управлять геометрией модели.
