Računalne skice i ograničenja

Skica kao temelj značajke

Gotovo svaka značajka parametarskog modela počinje skicom: zatvorenim ili otvorenim dvodimenzionalnim obrisom nacrtanim u jednoj ravnini. Istiskivanje ploče klizača PS1-01-004 polazi od pravokutnika, rotacija vodilice od polovice uzdužnog presjeka, a utor od obrisa utora na licu dijela. Kvaliteta skice zato izravno određuje kako će se model ponašati pri svakoj sljedećoj izmjeni.

Skica se crta na ravnini skice. To može biti jedna od tri osnovne ravnine modela (u parametarskim sustavima obično nazvane prednja, gornja i desna, ili XY, XZ i YZ), ravno lice već postojećeg tijela ili pomoćna ravnina izvedena iz postojeće geometrije (jedinica 6.3). Sve tri osnovne ravnine prolaze kroz ishodište modela, točku s koordinatama (0, 0, 0).

Odabir ravnine nije proizvoljan. Prva skica određuje kako je dio orijentiran u prostoru, a time i koji će pogled na crtežu biti nacrt. Za ploču klizača praktično je prvu skicu nacrtati na vodoravnoj ravnini, tako da 100 bude duljina u smjeru hoda osi, 80 širina, a 15 debljina u smjeru okomitom na ravninu. Tada se standardni pogledi modela poklapaju s pogledima na sklopnom crtežu osi.

Elementi skice

Skica se gradi od malog broja osnovnih elemenata. Nacrtani element isprva ima približan položaj i veličinu; točne vrijednosti dobiva tek ograničenjima.

Pomoćni elementi ne ulaze u obris značajke, ali služe kao oslonac ograničenjima. Središnjica oko koje se crta simetrična skica, kružnica na kojoj leže središta provrta ili dijagonala pravokutnika kojom se njegovo središte veže uz ishodište tipični su primjeri. Na zaslonu se obično prikazuju crta-točkom ili iscrtkano.

Spline krivulje su u strojarstvu rijetke, jer se teško kotiraju i izrađuju konvencionalnim postupcima. Za dijelove koji se obrađuju glodanjem ili tokarenjem obris treba sastaviti od crta i lukova, čija se mjera može upisati na crtež i provjeriti mjerilom.

Geometrijska ograničenja

Geometrijsko ograničenje (relacija) propisuje odnos između elemenata skice bez brojčane vrijednosti: crta je vodoravna, dvije su crte okomite, luk dodiruje crtu, dvije kružnice imaju isti polumjer. Dio ograničenja sustav dodaje sam dok se crta (npr. vodoravnost crte nacrtane gotovo vodoravno), a ostala dodaje konstruktor.

Slika 6.3 prikazuje skicu ploče klizača s ograničenjima. Četiri su kuta podudarna (točke su spojene), gornja i donja crta su horizontalne, lijeva i desna vertikalne, a donji lijevi kut leži u ishodištu. Dvije kružnice imaju ograničenje „jednako“, a njihova su središta međusobno horizontalna, pa je dovoljna jedna kota promjera i jedna kota visine.

Fiksno ograničenje treba koristiti rijetko. Ono „zaključava“ element u trenutnom položaju, bez ikakve veze s namjerom konstrukcije, pa se kasnija izmjena teško provodi. Bolje je element vezati uz ishodište, osnovne ravnine ili postojeće bridove.

Dimenzijska ograničenja

Dimenzijsko ograničenje je kota u skici: duljina, udaljenost, promjer, polumjer ili kut. Za razliku od kote na papiru, ona pogoni geometriju. Kad se u skici ploče vrijednost 100 promijeni u 120, desna crta pomakne se za 20, a kružnica kotirana od lijevog ruba ostaje na svom mjestu.

Dvije su vrste kota u skici:

• Pogonska kota određuje geometriju i može se mijenjati. To su kote kojima je skica definirana.
• Referentna (pogonjena) kota samo prikazuje mjeru koja već proizlazi iz drugih ograničenja. Ne može se mijenjati i obično se prikazuje u zagradi, kao pomoćna mjera na crtežu.

Kote u skici valja postaviti onako kako bi se kotiralo na radioničkom crtežu: od baznih ploha, po funkciji, bez zatvorenih lanaca (jedinica 4.1). Na slici 6.3 provrti su kotirani od lijevog ruba (20) i međusobno (60), jer je razmak provrta funkcijska mjera za vijke kojima se nešto pričvršćuje na klizač. Takve kote CAD sustav može kasnije sam prenijeti na crtež dijela, pa dobro kotirana skica štedi posao i na crtežu.

Kota se može zadati i izrazom. Ako provrti uvijek moraju biti 20 od lijevog i od desnog ruba, umjesto broja 60 upisuje se jednadžba razmak = duljina − 2 · 20. Kad se duljina ploče promijeni na 120, razmak provrta sam postaje 80. Na taj se način namjera konstrukcije zapisuje u sam model.

Stupnjevi slobode i potpuno definirana skica

Svaki element skice ima određen broj stupnjeva slobode, tj. neovisnih veličina koje opisuju njegov položaj i veličinu u ravnini (slika 6.4). Točka ima dva (x, y), crta četiri (dvije krajnje točke), kružnica tri (središte i polumjer), a luk pet (središte, polumjer i dva kuta krajnjih točaka).

Svako geometrijsko ograničenje oduzima jedan ili dva stupnja slobode, a svaka kota jedan. Preostali broj stupnjeva slobode približno je:

R = (4 · n_crta + 3 · n_kružnica + 5 · n_lukova + 2 · n_točaka) − G − D

gdje je G zbroj stupnjeva slobode koje oduzimaju geometrijska ograničenja, a D broj pogonskih kota. Prema vrijednosti R razlikuju se tri stanja (slika 6.5):

• Pododređena skica (R > 0): neki se element može povući mišem. Model se može izgraditi, ali se pri izmjeni ponaša nepredvidivo.
• Potpuno definirana skica (R = 0): položaj i veličina svakog elementa određeni su jednoznačno. To je cilj za svaku skicu koja ulazi u značajku.
• Preodređena skica: ograničenja su u sukobu ili ih je više nego što je potrebno. Sustav dodatnu kotu ili ograničenje označava kao pogrešku.

Brojanje je pomoćno sredstvo, a ne zamjena za rješavač CAD sustava. Suvišno ograničenje ne oduzima novi stupanj slobode, iako se u zbroju broji. Primjer: ako je lijeva crta pravokutnika vertikalna, a desna joj je zadana kao paralelna, dodatna vertikalnost desne crte ništa ne mijenja; sustav je prijavljuje kao suvišnu. Mjerodavno je stanje koje prikazuje sam sustav, obično bojom elemenata i natpisom u traci stanja.

Pogreške u skicama i dobre prakse

Najčešće pogreške u skicama nisu u mjerama nego u topologiji obrisa. Sustav ih prijavljuje tek kad se iz skice pokuša izgraditi značajka.

• Otvoren obris. Dvije krajnje točke nisu spojene, nego leže vrlo blizu. Istiskivanje tada daje plohu umjesto tijela ili se ne izvede. Rješenje: ograničenje „podudarno“ ili alat za provjeru skice.
• Preklopljene i dvostruke crte. Nastaju kopiranjem ili ponovnim crtanjem preko postojeće crte. Na zaslonu se ne vide, a rušenje značajke je sigurno.
• Samopresijecanje obrisa. Obris siječe sam sebe (npr. oblik osmice); iz njega nije moguće jednoznačno odrediti unutrašnjost.
• Preodređenost. Kota viška ili proturječna ograničenja. Sustav nudi brisanje ili pretvaranje kote u referentnu.
• Preokrenuto rješenje. Kod velike izmjene kote rješavač može odabrati drugo rješenje (luk se prebaci na drugu stranu crte). Tome se sprječava izmjenom u manjim koracima ili dodatnim ograničenjem.

Dobre prakse, koje nisu norma nego iskustvo iz rada s parametarskim sustavima:

• Skica neka bude jednostavna. Složen oblik bolje je graditi s više značajki nego jednom skicom s pedeset elemenata.
• Skošenja, zaobljenja i provrte ne crtajte u osnovnoj skici; dodajte ih kao zasebne značajke (jedinica 6.3). Tako se lako mijenjaju i prepoznaju u stablu.
• Iskoristite simetriju i ishodište: simetričnu skicu vežite ograničenjem „simetrično“ uz središnjicu.
• Ne vežite skicu uz bridove koji nastaju zaobljenjem ili skošenjem; ako se oni izbrišu, skica gubi oslonac.
• Imenujte važne skice i kote (npr. duljina_ploce, razmak_provrta) kako bi jednadžbe i konfiguracije bile čitljive.

Skica na slici 6.3 namjerno sadrži dva provrta, kako bi se pokazalo brojanje stupnjeva slobode. U gotovom modelu klizača provrti se dodaju kao značajka rupe i uzorak (jedinica 6.3), a osnovna skica ostaje samo pravokutnik.

Brojanje stupnjeva slobode skice

Za skicu na slici 6.3 ukupan broj stupnjeva slobode je 4 · 4 + 2 · 3 = 22 (četiri crte i dvije kružnice). Geometrijska ograničenja oduzimaju: četiri podudarnosti kutova 8, dvije horizontalnosti i dvije vertikalnosti 4, kut u ishodištu 2, jednakost kružnica 1 i horizontalnost njihovih središta 1, ukupno G = 16. Pogonskih kota je šest (100, 80, Ø5,5, 20, 60, 10), pa je D = 6.

Uz zadane vrijednosti R = 22 − 16 − 6 = 0, skica je potpuno definirana. Ako se izbriše kota 10, R postaje 1 i obje se kružnice mogu zajedno pomicati gore-dolje, jer ih veže samo horizontalnost središta. Ako se doda i kota udaljenosti desnog provrta od desnog ruba (20), R postaje −1: ta je mjera već određena kotama 100, 20 i 60, pa je skica preodređena i sustav će je prijaviti. Ako se horizontalnost središta zamijeni kotom visine desnog provrta (također 10), R ostaje 0: brojevi su isti, mijenja se samo namjera konstrukcije, jer se provrti sada mogu mijenjati svaki za sebe.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V11 CAD: skica i ograničenja · 2 sata