SOLIDWORKS DimXpert + CAMWorks TBM (Tolerance Based Machining)

CAMWorks TBM (Tolerance Based Machining) je nova funkcionalnost CAMWorks-a, ki sedaj omogoča, da ročna opravila priprave kosov za obdelavo na CNC stroju kot so npr. nastavljanje toleranc, površinskih obdelav in drugih oznak, katere smo dosedaj postavljali na risbe, postanejo preteklost.

CAMWorks sedaj lahko sam spozna tolerance in površinske oznake, ki so vezane na posamezno značilko (feature), in tako lahko tudi sam izbere primerno orodje, hitrosti, … in tako generira optimalno pot orodja.

Na ta način lahko zelo avtomatiziramo celoten proces priprave G kode, minimiziramo napake in ga seveda tudi pohitrimo.

Modeliranje zaponke (Razvoj zaponke 1. del)

V naslednjih nekaj prispevkih bomo pogledali proces modeliranja izdelka v SOLIDWORKS-u, simulacije tega izdelka, izdelave renderja in naknadno uporabe 3D tiskalnika za izdelavo funkcionalnega izdelka. Izdelek, ki ga bomo zmodelirali, simulirali in natisnili bo zaponka oz. klipsna.

Začeli bomo z modeliranjem izdelka v SOLIDWORKS-u, saj bo to osnova za vse naše nadaljnje delo. Zaponka je sestavljena iz dveh delov – iz moškega in ženskega dela zaponke. Vsak del bo v SOLIDWORKS-u svoj kos, skupaj pa bosta postavljena v sestav.

Pred začetkom risanja, se je potrebno odločiti kakšne tolerance oz. odmike bomo določili med ženskim in moškim kosom. V našem primeru sem se odločil za odmik 0,2 mm. To pomeni, da so vse prilegajoče stene na ženskem kosu za 0,2 mm premaknjene v navzven. Ker vemo, da bomo delovanje zaponke tudi simulirali, je potrebno razmisliti tudi o tem vidiku. Glavna težava pri simulaciji bi lahko bile singularnosti. Singularnosti so navidezne izredno visoke napetosti, ki se lahko pojavijo pri ostrih konkavnih robovih. To pomeni, da moramo na konkavne robove postaviti polkrožna posnetja oz. Fillet gradnike. To je tudi sicer dobra praksa, saj je izdelava kosov z ostrimi konkavnimi robovi lahko zahtevna.

Z risanjem smo začeli pri moškem delu zaponke. Pri tem kosu so bile uporabljene le najbolj osnovne funkcije. Med njih spadajo Extruded Boss/Base (dodajanje materiala v eni smeri), Extruded Cut (odvzemanje materiala v eni smeri), Fillet (polkrožno posnetje) in Mirror (zrcaljenje).

Za izdelavo 3D modela, je bil ženski del bolj kompleksen. Kompleksnost tu ni izhajala iz naprednejših funkcij v drevesni strukturi (dodan je le ena vrsta gradnika, ki ni bila v moškem delu – Lofted Cut). Kompleksnost tukaj prihaja iz tega, da moramo ženski del narediti tako, da se pravilno prilega moškemu delu. Zaradi tega ženskega dela nismo modelirali samostojno, temveč smo ga modelirali v sestavu skupaj z moškim delom. Takšnemu delu modeliranja rečemo modeliranje iz zgoraj dol (Top-Down Modeling). Na ta način smo lahko uporabljali elemente (površine, robovi, skice) moškega dela pri risanju ženskega dela. Moramo pa pri takšni vrsti modeliranja  paziti na reference, ki nastanejo med kosi in sestavom saj lahko model močno spremenimo, če ga premaknemo v sestavu. Da se temu izognemo, je najbolj primerno, da zunanje reference na ženskem delu zaklenemo.

Ko imamo oba kosa zmodelirana in postavljena v sestavu, je potrebno preveriti le še mate relacije med kosi, da nam omogočajo pravilno premikanje kosov.

S tem smo zaključili prvi prispevek o zaponki. Naslednji prispevek bo narejen na temo izdelave nelinearne analize, da preverimo ali se bo zaponka zlomila, ko jo zaklenemo.

Optimizacija geometrije preko statične analize

Kaj je cilj vsakega inženirja? Izdelati produkt, ki zadosti zahtevam in je karseda poceni. To pomeni, da mora biti produkt čim bolj optimalen. Na poti k čim bolj optimalnem produktu nam dobro služijo izkušnje, vendar tudi izkušnje ne zagotavljajo optimalnega produkta. Izkušnje lahko le skrajšajo postopek iskanja optimuma. Edini postopek, ki zagotovi približevanje najboljši rešitvi, je testiranje veliko različnih geometrij produkta. Ta postopek je optimizacija.

Problem pri klasičnem postopku optimizacije je ta, da pri testiranju porabimo veliko časa in denarja za izdelavo prototipov za testiranje. Če pa testiramo virtualno oz., če simuliramo, je lahko poraba časa in denarja zanemarljiva v primerjavi s klasično optimizacijo.

SOLIDWORKS Simulation Professional vsebuje modul za optimizacijo. V tem modulu moramo za optimizacijo najprej pripraviti eno ali več analiz, kjer bomo spremljali lastnosti oz. omejitve. Nato izberemo parametre – vrednosti, ki se lahko spreminjajo in določimo v kakšnih območjih se lahko spreminjajo. V naslednjem koraku se postavi omejitve. Le-te definiramo preko senzorjev in so v obliki »Največja napetost v materialu mora biti nižja od X MPa«. Omejitev v prejšnjem stavku je globalna, lahko pa postavimo omejitve tudi lokalno. Primer lokalne omejitve je »Premik točke mora biti manjši od Y mm«. Na koncu pa moramo definirati le še cilj optimizacije. Primer cilja je minimizacija mase izdelka.

Poglejmo zgornji postopek na primeru nosilca narejenega iz varjencev. Naš model, viden na spodnji sliki, je vpet v štirih točkah (točke z zelenimi simboli). Model je izpostavljen gravitaciji in sili 20.000 N na točkah, kjer sta dva vijolična simbola.

Slika 1: Vpetje in obremenitev

V tej optimizaciji bomo spreminjali dva parametra, ki definirata kje se prečni (poševni) varjenci pripnejo na nosilne varjence. Spreminjali bomo parameter »odmik« (levi parameter na sliki 2) med 500 in 5000 mm, ter parameter »zadnji odmik« (desni parameter na sliki 2) med 100 in 2000 mm.

Slika 2: Spremenljiva parametra

Postali bom dve omejitvi, ki ju mora optimizacija zadostiti. Minimalen faktor varnosti na celotnem sestavu mora biti vsaj 4 in premik skrajnega varjenca, ki povezuje točki, kjer sta vpeti sili, mora biti manjši kot 25 mm.

Cilj naše optimizacije je zmanjšati težo prečnih varjencev in tako prihraniti na materialu.

Ob pognani simulaciji SOLIDWORKS spreminja geometrijo in preverja ali so vrednosti v sprejemljivih območjih. Program nato preračuna optimalne vrednosti parametrov in opravi še zadnjo, optimalno, analizo. Rezultate iteracij lahko vidimo v tabeli in v grafičnem oknu.

Slika 3: Rezultati

S postopkom opisanim v tem članku lahko drastično izboljšamo naš produkt in ga obenem naredimo cenejšega. In točno to je tisto k čemer strmimo kot inženirji!