Pro čtenářský úspěch příspěvku „10+1 důvodů, proč používat 3D CAD“, jsme se rozhodli rozpracovat toto téma do celého seriálu článků, ve kterých objasníme přínosy 3D modelování ve strojírenské praxi. Začínáme tím nejzákladnějším, co 3D CADy umožňují, tvorbou sestav a jejími principy.
Sestavou rozumíme spojení dvou a více součástí v jeden celek. Spojením jednotlivých dílů pomocí vazeb tak mohou vznikat jednoduché a složité sestavy, čítající několik stovek nebo tisíce komponentů.
Typickými představiteli velkých sestav jsou modely vozidel, obráběcích strojů nebo výrobních linek. Práci s takovými sestavami urychluje v 3D CAD softwarech mnoho užitečných nástrojů. Komponenty v sestavě mohou být jak samotné díly, tak i další sestavy, které se nazývají podsestavy.
Ve většině 3D softwarů se oba druhy sestav chovají stejně. Rozdíl mezi dílem (komponentem) a sestavou (podsestavou) se projevuje především v odlišné příponě datového souboru. Model sestavy může existovat ve více variantách, vytvořených např. pro vizualizační, montážní nebo analytické účely.
Při sestavování se musí postupovat tak, aby si sestava zachovala svoji funkčnost. Výhodou 3D softwarů je možnost provádět důležité konstrukční úpravy nezbytné pro optimální proces výroby.
Rozpad sestavy na jednotlivé díly v systému SolidWorks.
Vazby v sestavě
Bez existující vazby jsou vložené díly „volné“ a lze s nimi v prostoru pohybovat a natáčet je pomocí pohybu kurzoru. Aby došlo ke spojení komponentů, a tedy k vytvoření sestavy, je nutné mezi díly vkládat vazby.
Mezi standardní vazby patří sjednocení, rovnoběžnost, kolmost, tečnost a soustřednost. Z názvu vazeb vyplývají jejich charakteristické znaky a jejich použití pro vzájemné provázání komponentů. Ne všechny vazby jsou rovnocenné, a proto stojí zauvažovat nad tím, jakou vazbu použít. Použitý druh vazby ovlivňuje animační funkce nebo zátěžové zkoušky modelu sestavy.
Návrh automobilu v systému Creo včetně zobrazení struktury sestavy (vlevo).
Tvorba sestavy
Při vytváření sestavy se musí postupovat logicky a systematicky tak, aby byla zaručena strukturalizace celé sestavy. Sestava se vytváří dvěma odlišnými metodami. V praxi se uplatňuje jejich vzájemná kombinace.
Metody tvorby sestavy:
- Zdola nahoru, tzv. top down modelování: Sestava se vytváří s předem připravenými a hotovými díly, které jsou do sestavy vkládány z adresářů nebo knihoven.
- Shora dolů, tzv. bottom up modelování: Při této metodě se vytváří díly přímo v sestavě. Geometrie jednoho dílu pomáhá definovat geometrii dílu druhého. Postupuje se od nejvyšší úrovně sestavy přes podsestavy až po základní díly.
Metoda shora dolů nabízí ještě několik možností, které lze při tvorbě sestavy uplatnit:
- Metoda společného počátku využívá počátku souřadného systému hlavní sestavy nebo jiného pevného bodu, ke kterému se jednotlivé podsestavy a díly přičleňují. Tato metoda je nejčastěji používaná v automobilovém průmyslu.
- Metoda hlavního náčrtu vychází z vytvořeného náčrtu nebo kostry pro vytvoření vlastní sestavy. Využívá se při tvorbě sestav výrobních linek.
- Metoda obálky pracovního prostoru umožňuje definovat pracovní prostor pro jednotlivé komponenty sestavy. Prostor definují hraniční plochy nebo zástupná tělesa. V prostoru se potom vytváří struktura jednotlivých dílů (podsestav).
- Metoda zjednodušování komponentů je uplatněna především u velkých sestav, kdy dochází ke zrychlení práce. Rozsáhlé sestavy obsahují velké množství dat, což způsobuje zatížení výkonu hardwaru. Snížit zatížení hardwaru lze tak, že jsou původní komponenty nahrazeny komponenty méně složitými z hlediska členitosti tvaru a jejich počtu.
3D CAD systémy jako Solid Edge umožňují rychlé generování aktuální výkresové dokumentace.
Výkres sestavy
Ze modelu sestavy se vytváří 2D výkresová dokumentace pomocí příkazů pro tvorbu výkresů. Parametrizační prvky zaručují, že změna provedená na modelu se automaticky projeví na výkrese.
Kusovník se generuje z názvů datových souborů komponentů, ze kterých je sestava vytvořena. Nastavené fyzikální a materiálové vlastnosti jednotlivých dílů urychlují práci při vyplnění polí kusovníku.
Se sestavou se dá dále pracovat ve formě animace reálného pohybu. O animaci pohybu sestavy pohovoříme v další kapitole „Animovaný pohyb sestav“.
