UMC - Tecnologia de Automação Industrial Desenho 3 Prof.: Jorge Luis Bazan. Modulo 1. Inventor 8.0

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1 UMC - Tecnologia de Automação Industrial Desenho 3 Prof.: Jorge Luis Bazan. Modulo 1. Inventor 8.0 Modelação de sólidos paramétricos baseados em features. O processo tradicional de projetar componentes ou conjuntos mecânicos em prancheta, como era feito há 25 anos atrás, tem sofrido alterações radicais com a introdução de softwares de CAD para desenvolvimento de projeto paramétrico em microcomputadores. O desenvolvimento acelerado do hardware de computadores (micro-processadores, placas controladoras gráficas...) e dos sistemas operacionais que possibilitam (hoje) a execução de tarefas simultâneas com alto grau de confiabilidade, foi determinante para o surgimento de pacotes de softwares altamente sofisticados para auxiliar no desenvolvimento de projeto mecânico. Hoje, o mercado de software direcionado a projeto mecânico apresenta várias alternativas com esta finalidade. Soluções de software para projeto mecânico (3D), algumas mais e outras menos complexas, podem atender a diferentes necessidades e orçamentos, mas, todos os pacotes de softwares para modelação de sólidos paramétricos são baseados em features. Então, para começar, vamos entender o que significam estes términos: modelos, modelação, parâmetros e features. Modelação de sólidos: Um modelo é uma representação virtual de uma peça, de um conjunto soldado ou de uma montagem, que pode ser criado num computador e ser tratada como se existisse no mundo real. Vários tipos de modelos podem ser criados em computadores, os mais conhecidos são: Modelos wireframe. Modelos de superfícies. Modelos sólidos. Cada um destes tipos de modelos é adequado para uma função ou para um tipo específico de trabalho. Modelos Wire frame são formas simplificadas de representar objetos; a forma do objeto fica evidenciada através de linhas posicionadas no espaço 3D (linhas retas, curvas ou quaisquer combinações de retas e curvas), estas linhas descrevem as arestas e geratrizes da peça. Modelos constituídos por chassi de arames (wireframe) não têm faces opacas, não tem volume nem massa. Modelos wireframe dão um baixo nível de descrição de um objeto, já que não oferecem quaisquer informações sobre os pontos que formam parte das superfícies de suas faces, mas podem ser úteis para algumas operações de geometria simples. Modelos de superfícies são constituídos por superfícies planas ou curvas (curvas de quaisquer tipos) que descrevem as formas que delimitam um objeto; em alguns casos, e apenas por comodidade, estas superfícies podem ser aplicadas (ou montadas) sobre uma estrutura wireframe. Embora estes modelos não tenham volume nem massa, eles podem ser apresentados com faces opacas e dar aparência de objetos sólidos. Dependendo do tipo de software utilizado, estes modelos de superfícies podem gerar sólidos e, também, ser reconhecido por máquinas CNC, como base para operações de usinagem. Existem aplicativos sofisticados para criar modelos de superfícies destinados a design, moldes plásticos, e outras aplicações que requerem curvas sofisticadas. Como esta superfícies tem espessura zero, são muitas vezes chamadas cascas. Modelos sólidos são as representações mais completas e sofisticadas de objetos 3D, pois eles permitem um alto nível de descrição dos sólidos empregados em engenharia. Estes modelos podem ser visualizados como wireframe (se isto for conveniente), ou com suas faces opacas, pelo uso de comandos de visualização.

2 Modelos sólidos têm volume, tem massa e deles podem ser extraídas outras propriedades físicas, como momento de inércia e raio de giração. Há dois tipos de modelos sólidos: os sólidos paramétricos e os não paramétricos. Normalmente, os modelos sólidos não paramétricos 3D são obtidos por aplicativos mais simples, como no caso de softwares genéricos não direcionados especificamente a projeto mecânico, os modelos obtidos desta forma não podem ser modificados facilmente e, em função disso, estão sendo gradativamente substituídos pelos modelos sólidos paramétricos. Modelos sólidos 3D paramétricos são normalmente obtidos por softwares modeladores de sólidos em sistemas direcionados a projeto e desenho mecânico, sobre estes modelos podem ser facilmente efetuadas modificações de forma e tamanho e o software os atualiza automaticamente, desde que sejam seguidas certas regras durante a modelação. Damos o nome de Modelação de sólidos às operações de criar e modificar modelos utilizando as ferramentas de software, estas ferramentas tem a finalidade de aplicar material e esculpir as formas até conseguir a configuração física dos objetos desejados. Parâmetros Um software de modelação paramétrica usa parâmetros para controlar completamente a representação de um sólido e saber como ele pode potencialmente ser modificado quanto a sua forma e suas dimensões. Em outras palavras: o software deve ter capacidade de controlar todas as informações do sólido, de modo a poder predizer como ele pode legitimamente ser alterado. Para esta finalidade foram implementadas as restrições ou constraints. Restrições são relações geométricas ou dimensionais que controlam graus de liberdade de um sólido em vários níveis: nas formas de um objeto, no relacionamento espacial entre as peças de uma montagem, etc. Para que fique mais claro: considere um plano qualquer, definido por dois eixos (x,y) e um ponto (A) com sua posição descrita por duas coordenadas (xa, ya). Agora vamos imaginar como este objeto pode ser modificado: o ponto, por definição, não pode mudar de tamanho, apenas a posição do ponto pode ser alterada, quer dizer: só as coordenadas do ponto (dois parâmetros) podem ser modificadas neste caso. Para controlar este objeto no plano devemos fixar as duas coordenadas do ponto (impor duas restrições) ou, noutras palavras: eliminar dois graus de liberdade. Imagine agora o mesmo plano e um segmento de reta (CD) nele posicionado e respeitando um ângulo β respeito da horizontal que passa pelo ponto C. Para descrever completamente este segmento de reta e saber como ele pode ser modificado podemos usar três descrições diferentes : 1 ) os valores de coordenadas dos pontos inicial e final do segmento (um total de quatro parâmetros); 2º) as coordenadas do ponto C, o comprimento do segmento e o ângulo que este segmento de reta forma com o eixo +x (um total de quatro parâmetros), ou 3 ) as coordenadas do ponto D, o comprimento do segmento e o ângulo que o segmento forma com o eixo +x (um total de quatro parâmetros). Agora considere um plano similar aos anteriores e um arco nele posicionado, para descrever totalmente este arco são necessários: as coordenadas do centro do arco, as coordenadas do ponto inicial do arco (que definem o raio) e o comprimento do arco (um total de cinco parâmetros). O mesmo arco pode ser descrito por: as coordenadas do ponto centro, o valor do raio de curvatura, o ângulo por ele subtendido e as coordenadas do ponto inicial (total de seis parâmetros). Perceba que à medida que o elemento que desejamos controlar aumenta em complexidade, mais restrições são necessárias para poder dizer de que forma ele pode ser modificado. Os exemplos anteriores referem-se a elementos simples, posicionados num plano; no caso de sólidos tridimensionais, as restrições de controle necessárias aumentam em número e trabalham em níveis de controle diferentes. Para facilitar a criação de modelos sólidos complexos são implementadas ferramentas especificas para controlar pontos, retas e planos no espaço, eles tem como finalidade servir de base ou de referência para criar outros parâmetros de controle do sólido.

3 Dizemos que o software é paramétrico porque todo o controle sobre os modelos é baseado em parâmetros (variáveis), que controlam a forma e as dimensões dos modelos. Features O Inventor é um modelador de sólidos paramétricos baseado em features, com ele é possível criar modelos de componentes mecânicos (em inglês: parts), e modelos de montagens (em inglês: assemblys), onde todas as peças são constituídas por features. Então, o que significa: baseado em features?. A expressão: baseado em features, significa que os modelos são construídos a partir de formas geométricas simples (features), da aplicação do conjunto das features de um modelo resulta a forma final dos componentes mecânicos que desejamos modelar. A mais importante feature de uma peça é a feature base, a primeira feature do modelo, ela é determinada em função da forma predominante da anatomia do objeto, e sobre esta primeira feature serão posicionadas as restantes features que completam o modelo. Na figura acima pode ser vista a representação de uma caneca simples, não se trata de um componente mecânico, mas, pode dar uma idéia bem precisa do que vem a ser uma feature. Para construir um modelo que represente este sólido vamos considerar como primeira feature (como feature base) a forma cilíndrica do corpo (que é a forma predominante). Na primeira figura abaixo, podemos observar a feature base, é obtida acrescentando material, e tem a forma cilíndrica da caneca. Para a segunda feature consideraremos uma outra forma cilíndrica, concêntrica com a anterior, que, quando subtraída da primeira, gera a cavidade dentro do corpo cilíndrico, o resultado da subtração aparece na figura central. Para a terceira feature, é criada uma forma de varredura, de seção circular constante, que acrescenta material e representa a alça da caneca. Portanto, este sólido foi representado por três features, que observadas em conjunto dão a forma definitiva do objeto. Todas as features são construídas usando figuras geométricas controladas por parâmetros (variáveis). A expressão: modelação paramétrica, significa que, a forma e o tamanho dos modelos são controlados por variáveis (parâmetros), que estes parâmetros podem ser modificados a qualquer momento e que, depois de

4 redimensionar os modelos, suas formas serão atualizada com as novas medidas pelo software. Objetivo da modelação paramétrica de sólidos A modelação paramétrica de peças e montagens é usada no estudo das propriedades geométricas e físicas dos modelos dentro do ambiente de projeto mecânico. Os modelos devem ter a habilidade de mudar de forma e de dimensões para se adaptarem às exigências do projeto sem perder sua consistência, isto é: devem manter forma lógica mesmo depois do redimensionados racionalmente. Para permitir as de alterações de forma e de dimensões dos seus modelos, o Inventor oferece ferramentas e recomenda procedimentos que, combinados com a experiência do projetista, permitem obter modelos inteligentes. Seguir estas recomendações e conhecer o funcionamento das suas ferramentas é fundamental para obter o máximo de aproveitamento dos modelos. Na modelação paramétrica, não se trata só de obter um modelo que cumpra com os requisitos de forma e dimensões desejados, também é importante que o procedimento utilizado na modelação seja racional e que o modelo seja útil (com poucas alterações) depois do projeto original ser modificado. É por isto que a janela do Browser (janela de arvore) aparece na interface do programa, nela fica registrado um histórico do modelo que mostra como as features foram pensadas e em que momento foram criadas, estas informações serão muito úteis para saber como elas podem ser alteradas e se poderão ser úteis depois de redimensionadas. A capacidade de mudar de forma e de dimensões é fundamental para o aproveitamento dos modelos durante todas as faces do projeto. Projeto mecânico e modificações. O projeto mecânico, como processo de desenvolvimento de uma concepção técnica ou científica, envolve muitos fatores que, avaliados constantemente durante seu andamento, podem produzir avanços ou recuos. Alterações de rumo são freqüentes numa atividade que se alimenta constantemente de informações de diversas índoles e que requer decisões em face destas novas informações. Isto se reflete na tarefa do projetista, que precisa garantir máxima flexibilidade nas soluções adotadas, para ter a mais ampla gama de alternativas a seu favor, de modo a validar seu projeto no futuro, em face aos questionamentos que possam vir a surgir. O próprio projetista questiona constantemente as soluções adotadas e se alimenta com informações decorrentes de testes, processos de fabricação, levantamentos de custos, confrontações com projetos similares e, em função disso, decide pela manutenção ou alteração das suas concepções iniciais. Portanto, mudanças no projeto, revisões e alterações de rumo são parte do dia-a-dia do projetista, e um software para projeto mecânico não poderia desconhecer esta realidade. O projeto mecânico modelado num software paramétrico tridimensional (como o Inventor), oferece muitas ferramentas e procedimentos que conferem grande flexibilidade às soluções construtivas adotadas, e permitem um amplo leque de alterações futuras, minimizando tempo e esforços perdidos; a experiência em projeto e o conhecimento das possibilidades do software (em conjunto) dão ao projetista a possibilidade de se beneficiar com estas implementações. Estratégia de modelação As primeiras tarefas na criação de um modelo sólido paramétrico são: Identificar quais features formam parte do modelo Quais as relações entre estas features Qual será a feature base (a primeira feature da peça) Decidir em que ordem elas devem ser criadas. A ordem em que as features são criadas, durante a modelação, afeta as possíveis modificações que o modelo pode vir a sofrer no futuro. Por isso uma estratégia não adequada de modelação pode inviabilizar faces do projeto ou comprometer sua adaptabilidade para futuras alterações. Por isso, antes de iniciar a

5 modelação e recomendado estudar o modelo e estabelecer uma estratégia de trabalho, para não amargar perdas de tempo e esforços por ter decidido pela estratégia errada. Peças, conjuntos e montagens. E importante estabelecer uma nomenclatura única para a modelação dos componentes e das montagens mecânica, isto evita confusões e permite abordar conceitos e procedimentos com clareza, sem ambigüidades. Diversos tipos de modelações são possíveis no Inventor, vamos estabelecer três categorias: 1) Modelação de peça (part): a modelação de peça única é feita dentro de um arquivo de part; no Inventor, este arquivo tem extensão (.ipt). Por exemplo: [bucha_25.ipt]. Uma peça (ou part) é um sólido único, que não pode ser desmembrado em peças componentes. 2) Modelação de conjunto soldado (assembly): uma modelação de conjunto soldado é feita dentro de um arquivo de assembly (montagem), no Inventor estes arquivos tem extensão (.iam). Por exemplo: [estrutura.iam]. Um conjunto soldado é um agrupamento de peças (parts) unidas por solda, as peças não podem ser desmembradas senão por meios destrutivos (eliminando a solda). O quadro de uma bicicleta pode ser um bom exemplo de conjunto soldado: para obter os componentes originais seria necessário destruir a solda que une os tubos. 3) Modelação de montagem (assembly): a modelação de montagem é feita dentro de um arquivo de montagem (assembly), no Inventor estes arquivos tem extensão (.iam). Por exemplo: [guindaste.iam]. Uma montagem é um agrupamento de peças, sub-montagens e elementos de fixação (como parafusos, porcas, etc) que permite o desmembramento de seus componentes pela retirada dos elementos de fixação. Observações: a) No Inventor é possível modelar uma peça dentro de um arquivo de montagem. Em muitos casos isto é mais cômodo que abrir um novo arquivo para gerar este componente separadamente e, posteriormente, inseri-lo na montagem. De qualquer forma, o próprio software criará um arquivo de part (quando o assebly for salvo) para guardar as definições da nova peça criada na montagem. b) Um arquivo de montagem pode formar parte de outra montagem, tornando-se assim uma submontagem da da montagem principal. Um arquivo de montagem pode, também, tornar-se uma submontagem que seja inserida várias vezes dentro de uma outra montagem, funcionando como um módulo. Por último, uma montagem pode ser inserida noutra montagem e esta formar parte de uma terceira montagem. No Inventor, é possível ter vários níveis de inclusão de sub-montagens. c) Um componente mecânico pode ser uma peça padronizada, adquirida comercialmente, como acontece com: rolamentos, anéis de retenção para eixos, gaxetas, etc; ou uma peça de fabricação específica para um determinado projeto (um componente não padronizado). Sketch, profile e feature O processo de modelação de peças paramétricas envolve uma seqüência padronizada de operações. No Inventor, todos os modelos de part são constituídos por features, sendo a feature base a mais importante da peça (aquela que é criada em primeiro lugar) e a que receberá as outras features que dão forma ao modelo. A cronologia de criação das features dá lugar a uma hierarquia entre elas e implica numa relação de dependência que muitas vezes não poderá ser quebrada: algumas features dependem de outras e esta dependência não pode ser invertida. Sabemos que uma superfície que se desloca no espaço gera um volume e usaremos este princípio na criação de uma feature sólida. No nosso caso, e para simplificar, teremos uma figura plana deslocando-se no

6 espaço, sendo que este deslocamento pode ser de translação ou rotação. Assim, para gerar um sólido no Inventor, é necessário: Ter uma figura plana fechada (profile) e definir um deslocamento retilíneo finito para ela (isto gerar uma estrusão), ou Ter uma figura plana fechada e determinar uma rotação em torno de um eixo selecionado por nós (isto gera uma revolução). A seqüência de operações para criar uma feature esboçada é, basicamente, a seguinte: Criar um sketch (a figura plana mencionada) Transformar o sketch em profile Gerar uma feature. Esquematicamente falando, o processo pode ser representado como na figura seguinte: SKETCH PROFILE FEATURE Vamos analisar cada uma destas operações isoladamente: 1) Criar um sketch (esboço) é gerar um croqui aproximado de uma figura fechada (também chamada de closed loop, curva fechada) que represente, de forma simplificada, a seção que desejamos mover no espaço. É importante garantir que a figura seja fechada, o software se recusará a efetuar a criação da feature em caso da figura ser aberta. 2) Transformar o sketch em profile Para que um sketch seja transformado em profile é necessário eliminar todos os graus de liberdade dos elementos (retas e curvas) que compõem o sketch, em outras palavras: é necessário acrescentar restrições que fixem a forma e o tamanho do sketch. Há dois tipos de restrições (em inglês: constraints) para controlar o sketch: Restrições de forma: A função destas restrições é eliminar graus de liberdade dos elementos do esboço entre se, estas restrições garantem que a forma do sketch permanecerá inalterada mesmo após mudar as medidas dos componentes da figura desejada. Por exemplo, forçar que duas curvas sejam sempre concêntricas, forçar paralelismo entre retas ou forçar que uma determinada reta seja sempre vertical, etc. Restrições dimensionais (ou cotas), são usadas para fixar o tamanho dos elementos do sketch. As cotas podem ser lineares ou angulares e seus valores podem ser alterados em qualquer momento. OBS.: Alem das constraints introduzidas pelo usuário, o próprio software introduz restrições a medida que o sketch é criado, estas constraints automáticas tentam capturar a intenção do projetista fazendo inferências sobre a geometria enquanto ela está sendo criada. Por exemplo: se um segmento de reta é desenhado muito próximo da posição horizontal, o software aplica uma constrain que força ele a ficar horizontal. No processo de inserir restrições sobre o sketch, use como regra a seguinte recomendação: Aplique primeiro todas as constraints de forma que forem necessárias e, quando tiver garantia da forma, aplique as cotas para fixar os tamanhos dos elementos que formam o perfil. OBS.: As cotas aplicadas ao sketch para ele ser transformado num profile não devem ser apagadas. Uma vez aplicadas todas as restrições que controlam o sketch este passa a ser um profile (perfil) e pode ser deslocado no espaço para gerar uma feature. Em sketchs mais complexos pode ser difícil saber quantas constraints são necessárias para controlar totalmente o profile, em função disso podemos classificar os perfis em: Under contrain profile: o profile não está totalmente restrito e pode causar problemas na hora de gerar a feature.

7 Full constrain profile: todas as restrições foram posicionadas e interpretadas pelo modelador. Over constrain profile: o profile tem mais restrições que as necessárias para que o software possa controlar a feature, nestes casos é apresentada uma mensagem de alerta e a operação de acrescentar uma constrain adicional não é concretizada. 3) Gerar uma feature Há vários tipos de features, (esboçadas, de trabalho e posicionadas), entre as features esboçadas destacamos as obtidas por extrusão e por revolução. Para gerar uma feature esboçada é necessário chamar um comando de geração de features (pode ser extrude ou revolve) e: Definir qual será a extensão, a direção e o sentido do deslocamento, e Decidir se a feature deve ser para acrescentar ou para subtrair material..

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