книги / Основы работы в NX. Введение в твердотельное моделирование

Министерство науки ивысшего образования РоссийскойФедерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

В.В. Пальчиковский

ОСНОВЫ РАБОТЫ В NX. ВВЕДЕНИЕ В ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2021

1

УДК 621.454.3:004.925.84(0758) П14

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор Н.Н. Зайцев (Пермский национальный исследовательский политехнический университет);

канд. техн. наук А.А. Синер (АО «ОДК-Авиадвигатель», г. Пермь)

Пальчиковский, В.В.

П14 Основы работы в NX. Введение в твердотельное моделирование : учеб. пособие / В.В. Пальчиковский – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн. ун-та, 2021. – 405 с.

ISBN 978-5-398-02522-4

На основе пошагового построения трехмерных моделей различных деталей с объяснением особенностей применяемых операций и элементов твердотельного моделирования изучаются основы работы в системе NX. Рассматриваются наиболее используемые элементы и операции твердотельного моделирования и примеры их применения с целью быстрого ознакомления учащихся с интерфейсом программы и логикой построения твердотельных моделей в NX.

Предназначено для студентов специальности 24.05.02 «Проектирование авиационных и ракетных двигателей» специализации «Проектирование ракетных двигателей твердого топлива». Применяется в дисциплинах «Учебная практика», «Системы автоматизированного проектирования», «Конструкция ракетных двигателей твердого топлива», а также при выполнении курсовых и выпускных квалификационных работ.

УДК 621.454.3:004.925.84(0758)

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Почти все конструкторские организации используют в своей работе возможности компьютерной техники, в частности CAD/ CAE/CAM-технологии, так как они имеют ряд преимуществ:

совершенствование методов проектирования, в частности, использование методов многовариантного проектирования и оптимизациидляпоискаэффективных вариантовипринятиярешений;

повышение доли творческого труда инженера-проекти- ровщика;

повышение качества проектной документации;

совершенствование управления процессом разработки проектов;

частичная замена натурных экспериментов и макетирования моделированием на ЭВМ;

уменьшение объема испытаний и доводки опытных образцов в результате повышения уровня достоверности проектных решений и, следовательно, снижение временных затрат.

CAD/CAE/CAM-технологии появились для того, чтобы в об-

ласти систем автоматического проектирования (САПР) техни-

ческих систем не образовывался разрыв между специализированным информационным и программным обеспечением, реализующим проектный расчет изделий на различных этапах проектирования (специализированные САПР), и инструментальными средствами проектирования на ЭВМ.

CAD/CAE/CAM-системы предназначены для комплексной автоматизации проектирования, конструирования и изготовления продукции. В них фактически объединены три системы разного назначения, разработанные на единой базе, аббревиатуры которых расшифровываются следующим образом:

CAD (Computer Aided Design) – компьютерная поддержка конструирования;

САЕ (Computer Aided Engineering) – компьютерная под-

держка инженерного анализа;

5

 САМ (Computer Aided Manufacturing) – компьютерная поддержка изготовления.

Этап конструирования (CAD, САЕ) предполагает объемное и плоское геометрическое моделирование, инженерный анализ на расчетных моделях высокого уровня, оценку проектных решений, получение чертежей.

САЕ-системы, используемые для анализа и оценки функциональных свойств проектируемых узлов и деталей, охватывают широкий круг задач моделирования напряженного, деформированного и теплового состояния, колебаний конструкции, стационарного и нестационарного газодинамического и теплового моделирования с учетом вязкости, турбулентных явлений, пограничного слоя и т.п. Наиболее распространены САЕ-системы,

к ним относятся такие пакеты, как Ansys, LS-Dyna, Adams, Nastran, ABAQUS, COMSOL, и методом конечных объемов (МКО), который хорошо реализован в пакетах CFX, Fluent, FlowVision.

Этап САМ обеспечивает автоматизированную подготовку управляющих программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ) на основе математической модели детали, созданной в подсистеме CAD.

В зависимости от функциональных возможностей, набора модулей и структурной организации CAD/CAE/CAM-системы можно условно разделить на три группы: легкие, средние и тяжелые системы.

Легкие системы – это первый в сложившемся историческом развитии класс систем. К этой категории можно отнести такие системы, как AutoCAD, CAD-KEY, PersonalDesigner, ADEM,

КОМПАС. Они, как правило, используются на персональных компьютерах отдельными пользователями. Такие системы предназначены в основном для качественного выполнения чертежей. Также они могут использоваться для двухмерного (2D) моделирования и несложных трехмерных построений. Эти системы достигли в последнее время высокого уровня совершенства. Они

6

просты в использовании, содержат множество библиотек стандартных элементов, поддерживают различные стандарты оформления графической документации.

Системы среднего класса – это класс относительно недорогих трехмерных CAD-систем. К нему относятся системы AMD, SolidEdge, SolidWorks и т.д. С их помощью можно решать до 80 % типичных машиностроительных задач, не привлекая мощные и дорогие CAD/CAM системы тяжелого класса. Большинство систем среднего класса основываются на трёхмерном твердотельном моделировании. Они позволяют проектировать большинство деталей, сборочные единицы среднего уровня сложности, выполнять совместную работу группам конструкторов. В этих системах возможно производитьанализ пересечений изазоровв сборках.

Системы тяжелого класса предоставляют полный набор интегрированных средств проектирования, производства, анализа изделий. В эту категорию систем попадают CATIA, NX, Pro/ENGENEER, CADDS5, EUCLID, Cimatron. Они используют мощные аппаратные средства, как правило, рабочие.

Системы тяжелого класса позволяют решать широкий спектр конструкторско-технологических задач. Кроме функций, доступных системам среднего класса, тяжелым CAD/CAM-системам доступно:

проектирование деталей самого сложного типа, содержащих очень сложные поверхности;

выполнение построения поверхностей по результатам обмера реальной детали, выполнение сглаживания поверхностей

исложных сопряжений;

проектирование массивных сборок, требующих тщательной компоновки и содержащих элементы инфраструктуры (кабельные жгуты, трубопроводы);

работа со сложными сборками в режиме вариантного анализа для быстрого просмотра и оценки качества компоновки изделия.

Для автоматизированной разработки конструкций преимущественно используются тяжелые системы во взаимодействии со

7

специализированными САПР, поскольку они значительно снижают трудоемкость проектирования и конструирования. Таким образом, обучение основам работы в CAD-системах среднего

итяжелого класса является обязательным элементом подготовки современных инженеров.

Данное учебное пособие предназначено для быстрого ознакомления учащихся с основами работы в системе NX, поэтому акцент сделан на одновременное приобретение знаний, умений

инавыков, что достигается путем пошагового построения конкретных деталей с объяснением особенностей выполнения применяемых операций и элементов. От урока к уроку большинство операций и элементов повторяются, в результате происходит их автоматическое запоминание, при этом постепенно вводятся новые операции и элементы, позволяющие строить все более сложные детали.

Поскольку NX относится к системам тяжелого класса, она включает много разных модулей, в каждом из которых находится множество элементов и операций. В данном учебном пособии рассматриваются только основные элементы и операции твердо-

тельного моделирования, а также примеры их использования с целью быстрого ознакомления учащихся с интерфейсом программы и логикой построения твердотельных моделей в NX. Освоив данный материал, учащийся в дальнейшем сможет самостоятельно изучить остальные элементы данной системы.

Собранный материал основан на авторском переводе с английского языка ряда практических руководств, сопровождающих программу NX, со своей интерпретацией, включающей структурирование последовательности изложения материала и его дополнение в ряде уроков своими примерами. Эффективность изучения твердотельного моделирования в NX на основе излагаемого в учебном пособии материала проверена его многолетним использованием в соответствующих тематических дисциплинах, преподаваемых разным возрастным группам студентов технического вуза.

8

Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ОПЕРАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Во всех CAD-системах принята следующая терминология геометрических объектов.

Точка – может быть построена на плоскости или в пространстве. Чаще всего использу-

ется для построения более высоких объектов и привязки. Отображается на экране в виде значка «плюс».

Кривая – представляет собой прямую линию, дугу, окружность, коническое сечение (коника) или сплайн. Кривую можно создать через эскиз или с помощью операций, специаль-

но предназначенных для построения кривых (в данном курсе не рассматриваются). Кривая может быть построена на плоскости (2D-кривая) или в пространстве (3D-кривая).

Листовое тело – это тело, которое не имеет толщины. Также такое тело принято называть поверхностью.

Твердое тело – это тело, ко-

торое имеет длину, ширину и толщину. Создание такого тела называется твердотельным моделированием, и в данном посо-

бии рассматривается использование основных элементов и операций твердотельного моделирования.

NX – это интерактивная система автоматизации проектирования и изготовления деталей. Для обозначения систем этого класса используется аббревиатура CAD/CAM (Computer-

9

Aided Design и Computer-Aided Manufacturing). NX позволяет идеально воспроизвести почти любую геометрическую форму, оперируя числами с удвоенной точностью. В системе можно спроектировать изделие, выполнить инженерный анализ и выпустить чертеж.

Система NX имеет модульную структуру. Каждый модуль выполняет определенные функции. Все функциональные модули вызываются из управляющего модуля, который называется Gateway (англ. – ворота). Данный модуль является базовым

идолжен присутствовать в любой системе NX, тогда как остальные модули являются необязательными и могут быть добавлены в систему в зависимости от потребностей пользователя.

Модуль Modeling (Моделирование) – это модуль параметрического моделирования, обеспечивающий создание двухмерных и трехмерных каркасных моделей, тел вытягивания и вращения, выполнение булевых операций и функций параметрического редактирования. Обеспечивает создание и параметрическое редактирование стандартных конструктивных элементов: отверстий, пазов, бобышек, карманов, выступов, а также поверхностей сложной формы на сетке точек или на семействе линий.

Модуль Assemblies (Сборки) осуществляет процесс моделирования сборок методами «сверху вниз» и «снизу вверх». Он обеспечивает быстрый проход по иерархическому дереву сборки

ипрямой доступ к модели любого узла или компонента. Поддерживается концепция моделирования в контексте сборки, которая заключается в том, что вы можете модифицировать модель любого компонента сборки и это изменение отразится на всей сборке.

Модуль Drafting (Черчение) позволяет получать чертежи либо на основе трехмерной модели, созданной модулем Modeling, либо на основе двухмерных компоновок видов, созданных с помощью встроенных средств эскизного проектирования. Drafting поддерживает автоматическое создание чертежных компоновок (включая ортогональные видовые проекции), сечений, дополнительных и местных видов, изометрическое черчение. Кроме того, он обеспечивает видозависимое редактирование и автоматическое удаление скрытых линий.

10