Izrada dijela: baza i ekstrudiranje

Part dokument i predlošci

Modeliranje pojedinačnog dijela počinje otvaranjem part dokumenta — vrste datoteke posebno namijenjene jednom čvrstom tijelu ili malom broju povezanih tijela. Part dokument se razlikuje od sklopa (assembly), koji referencira više part datoteka i pozicionira ih vezama, i od nacrta (drawing), koji izvodi 2D poglede iz modela. Sve tri vrste datoteka žive u zajedničkom ekosustavu: promjena u part datoteci automatski se prenosi u svaki sklop i nacrt koji je referenciraju, jer nacrt i sklop ne sadrže vlastitu geometriju, nego samo poveznicu i upute kako je prikazati ili posložiti.

Novi part dokument otvara se iz predloška (engl. template) koji unaprijed postavlja jedinice mjere (milimetri ili inči), broj decimala pri prikazu kota, standard za crtanje niti (ISO, ANSI i drugi) i početna svojstva dokumenta. Za mehatroničke sklopove poput hvatača MPH-1 uobičajen je predložak s milimetrima, dvije decimale i općom tolerancijom prema ISO 2768 (jedinica 1.4). Ispravno postavljen predložak štedi vrijeme: bez njega bi svaki novi dio trebalo ručno podešavati, a lako je pri tome pogriješiti i pomiješati jedinice, što u praksi zna proizvesti dio tisuću puta veći ili manji od namjeravanog.

Prije prve skice, part dokument već sadrži tri međusobno okomite zadane ravnine (uobičajeno nazvane Prednja, Gornja i Desna) i ishodište koordinatnog sustava. Te ravnine nisu geometrija dijela nego referentni okvir na koji se veže prva i sve kasnije skice. Dobra praksa je zadržati te nazive nepromijenjenima i graditi model tako da se glavne ravnine dijela poklapaju sa zadanim ravninama — time se olakšava kasnije sklapanje, kotiranje na nacrtu i postavljanje sklopnih veza.

Ravnina skiciranja i profil

Prva odluka pri modeliranju novog dijela jest na kojoj se ravnini crta prva skica. Ta odluka određuje orijentaciju cijelog dijela u prostoru modela: os ekstrudiranja bazne značajke bit će okomita na odabranu ravninu, a ta orijentacija kasnije utječe na to kako se dio prirodno postavlja u sklop i kako se biraju pogledi na nacrtu. Uobičajeno pravilo je odabrati ravninu koja odgovara najkarakterističnijem obliku dijela u tlocrtu ili boku, ili onu koja odgovara položaju dijela u konačnom sklopu (npr. dosjedna ploha prema drugom dijelu okrenuta prema gore).

Za tijelo hvatača MPH-1 prva skica crta se na ravnini koja odgovara tlocrtu kućišta, dimenzija 80 × 60 mm: pravokutni profil sa zaobljenim uglovima na mjestima gdje će kasnije doći vodilice prstiju. Profil se crta sketch entitetima (linije, lukovi, pravokutnik kao skupna naredba) i potpuno određuje sketch relacijama i dimenzijama, kako je opisano u jedinici 1.6. Bazna značajka smije se ekstrudirati i iz nedovoljno određene skice, ali to je loša praksa: svaka naknadna promjena dimenzije ili premještanje ruba tada može promijeniti oblik na neočekivan način, jer geometrija nema jasno zapisanu namjeru.

Bazna značajka: ekstrudiranje i uvjeti završetka

Ekstrudiranje (u SolidWorksu naredba Extruded Boss/Base) uzima zatvoreni profil skice i povlači ga okomito na ravninu skiciranja za zadanu dubinu, stvarajući prvo čvrsto tijelo dijela — baznu značajku. Svaka kasnija značajka (rupa, zaobljenje, uzorak) gradi se na tom prvom tijelu ili ga mijenja, pa je bazna značajka temelj cijelog stabla. Osim dubine, pri ekstrudiranju se bira i uvjet završetka koji određuje gdje značajka prestaje rasti duž smjera ekstrudiranja:

• Definirana dubina (Blind) — ekstrudiranje staje na točno zadanoj udaljenosti od ravnine skiciranja; najčešći izbor kad je debljina dijela poznata konstrukcijska veličina.
• Kroz sve (Through All) — ekstrudiranje se automatski produžuje kroz cijelu preostalu geometriju, u oba ili jednom smjeru; korisno za provrte i proreze koji moraju ostati prolazni bez obzira na kasnije promjene debljine.
• Do površine / do tijela (Up To Surface / Up To Body) — ekstrudiranje prestaje točno na odabranoj plohi ili drugom tijelu, čak i kad ta ploha nije ravna; koristi se kad geometrijski odnos prema susjednom elementu, a ne fiksna brojka, nosi namjeru dizajna.
• Srednja ravnina (Mid Plane) — ekstrudiranje raste simetrično u oba smjera od ravnine skiciranja za polovicu zadane dubine sa svake strane; prikladno kad je ravnina skiciranja prirodna ravnina simetrije dijela.

Izbor uvjeta završetka nije samo geometrijska pogodnost nego zapis namjere dizajna (jedinica 1.2): definirana dubina kaže da je debljina fiksna konstrukcijska veličina, dok kroz sve i do površine kažu da dubina ovisi o geometriji okoline i da se treba automatski prilagoditi kad se ta okolina promijeni.

Dodavanje i oduzimanje materijala, drugo tijelo

Nakon bazne značajke, part dokument obično sadrži jedno čvrsto tijelo koje se dalje oblikuje. Svaka sljedeća ekstrudirana značajka bira jednu od dviju osnovnih operacija: dodavanje materijala (Boss/Base — nova geometrija spaja se s postojećim tijelom) ili oduzimanje materijala (Cut — nova geometrija odstranjuje se iz postojećeg tijela). Rupe, utori i džepovi izrađuju se oduzimanjem; rebra, prirubnice i izbočine dodavanjem. Obje operacije koriste isti mehanizam profila skice i uvjeta završetka opisan u prethodnom odjeljku, samo s obrnutim predznakom djelovanja na materijal.

Kad ekstrudirani profil ne dodiruje postojeće tijelo, nastaje drugo tijelo unutar istog part dokumenta — višetijelno modeliranje. To je koristan, ali oprezno korišten alat: dva odvojena tijela mogu se kasnije spojiti operacijom Combine (Add), ili zadržati odvojena i svako izvesti kao zaseban dio pri spremanju (Save Bodies), npr. kad se iz jednog modela istovremeno razvija konačan oblik dijela i pomoćna geometrija za obradu. Za tijelo hvatača MPH-1 sva se geometrija svjesno drži u jednom tijelu: bazni blok, provrti za vodilice prstiju i džep za smještaj cilindra rezultat su niza dodavanja i oduzimanja nad istim tijelom, što osigurava da je konačni dio uvijek jedna proizvodna cjelina.

Redoslijed stabla značajki i imenovanje

Svaka značajka upisuje se redom u stablo značajki (jedinica 1.3) i pri ponovnoj izgradnji modela (rebuild) izvodi se točno tim redoslijedom, odozgo prema dolje. Redoslijed nije samo administrativna pojedinost: značajka niže u stablu vidi geometriju koju su ostavile sve značajke iznad nje, pa premještanje značajke gore ili dolje može promijeniti koju plohu ili rub ona koristi kao referencu i time promijeniti rezultat ili prouzročiti grešku pri izgradnji. Dobra praksa je graditi model onim redoslijedom kojim bi dio nastajao u radionici: najprije grubi oblik (sirovac, bazna značajka), zatim glavni oblici i džepovi, potom provrti i utori, na kraju zaobljenja i skošenja (jedinica 2.2).

Svaka značajka dobiva zadano ime prema vrsti i rednom broju (npr. Extrude1, Cut-Extrude2). Za kraća stabla to je dovoljno, ali kod dijela poput tijela hvatača, s desetak i više značajki, preporučuje se preimenovati ključne značajke opisno (npr. „Provrt vodilice L", „Džep cilindra") — time stablo postaje čitljivo i samodokumentirajuće, i drugom je inženjeru (ili istom nakon nekoliko mjeseci) jasno što svaka značajka radi bez otvaranja svake pojedinačno.

Materijal i svojstva mase

Part dokumentu se dodjeljuje materijal iz ugrađene ili proširive baze podataka (npr. aluminijska legura, konstrukcijski čelik, tehnička plastika), koji nosi gustoću, mehanička svojstva i izgled za renderiranje (jedinica 3.4). Kad je materijal dodijeljen, CAD sustav iz volumena modela i gustoće materijala izračunava masu, položaj težišta i momente tromosti (Mass Properties) — bez ijednog ručnog izračuna, i bez obzira koliko je geometrija složena. Ta je funkcija izuzetno korisna za brzu provjeru: ako izračunata masa dijela znatno odstupa od procjene napravljene rukom, gotovo sigurno je nešto pogrešno modelirano (npr. duplicirano tijelo, pogrešna jedinica ili zaboravljena šupljina).

Tijelo hvatača MPH-1 modelira se u aluminijskoj leguri. Sirovac prije obrade odgovara punom bloku 80 × 60 × 40 mm; nakon što se u sljedećim jedinicama u njemu izrade džepovi, provrti i ljuska, gotov dio ima masu 0,26 kg — znatno manju od mase punog bloka, jer je velik dio materijala uklonjen značajkama koje slijede. Razlika između mase sirovca i mase gotovog dijela izravno je mjera koliko se materijala uklanja obradom, što je važan podatak i za procjenu vremena obrade i za trošak materijala.

Računski prikaz: masa sirovca iz volumena i gustoće

Prije nego što se u modelu izradi ijedna značajka oduzimanja, korisno je znati kolika je masa punog bloka od kojeg se dio izrađuje — to je masa sirovca, gornja granica mase dijela. Za pravokutni blok dimenzija L × Š × V vrijedi V = L · Š · V, a masa m = ρ · V, gdje je ρ gustoća materijala. Prikaz računa masu sirovca za zadane dimenzije i odabrani materijal te je uspoređuje s masom gotovog dijela.

Za blok 80 × 60 × 40 mm u aluminijskoj leguri gustoće 2700 kg/m³ izlazi volumen 192 000 mm³ (192 cm³) i masa sirovca oko 518 g. Gotovo tijelo hvatača ima masu 0,26 kg, dakle obradom se uklanja gotovo polovica materijala sirovca — što je i očekivano za dio s dva duboka provrta vodilica, džepom za cilindar i naknadnom ljuskom (jedinica 2.3). Promijenite materijal na čelik (gustoća 7850 kg/m³) i pogledajte koliko bi tada bio teži isti sirovac: razlika izravno pokazuje zašto se pokretni dijelovi poput prstiju hvatača gotovo uvijek izrađuju od lakših legura.

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:

• V3 Prvi model dijela: ekstrudiranje i rupe · 2 sata