1 Geometria de referências: pontos, eixos e planos

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1 1 Geometria de referências: pontos, eixos e planos Pontos, eixos e planos são entidades bastante usadas como referências em sistemas CAE/CAE/CAM. Por isso a importância em estudar como definir pontos, eixos e planos de referências. E também, como estas geometrias auxiliares de agregação de dados para o modelagem de formas geométricas. Desta forma os pontos, os eixos e os planos de referência são considerados features de projeto e, assim, aparecem explicitamente na árvore de features, como elemento de informação ou como auxiliar para a geração de formas geométricas. Portanto, pontos, eixos e planos de referência ( datums ) são elementos geométricos usados para auxiliar a construção de detalhes geométricos em peças. Eles servem para posicionamento de perfis parametrizados, bem como para ajudar na definição de medidas ou restrições geométricas (valor de profundidade, ou elemento de limitação de extrusão, furos, etc.) na geração de formas geométricas 3D. E também, em muitas vezes, as features só podem ser alocadas em alguma parte da peça se forem referenciada à alguma outra features referência ( datums ). Ou seja, estas features são usadas, também, como dados geométricos necessários a construção do modelo geométrico. Assim, vai ser apresentado as ferramentas para a definição dos planos e eixos de referências nos sistemas CAE/CAD/CAM. As referências em geral podem ser criadas em qualquer momento e em qualquer ambiente, sempre que haja necessidade de usar referências para a concretização da geometria ou da análise de projeto. 1.1 Pontos de referências Os pontos de referências sâo usados em diferentes formas num sistema CAE/- CAD/CAM. A forma mais básica é na geração de outras referências, mas ele pode ser também usado para definir geometria da peças. Pontos serão necessários em vários aplicativos de análise, bem como em alguns cálculos de propriedades geométricas dos modelos. Além disso, os pontos sâo elementos indispensáveis para definição de curvas genéricas no espaço de modelamento; pode ser usado em modelamento avançado para definir forma do modelo através da importação de uma nuvem de pontos. Os pontos de referências podem ser criados em qualquer momento, durante o processo de modelamento de uma feature. Para adicionar pontos de referências usa-se a ferramenta Datum Point na interface do sistema CAE/CAD/CAM. A feramenta de criação de pontos de referência habilita 1

2 uam caixa de diálogo para a inserção de referência para a criação da entidade, como mostra 1. Figura 1: Ícones para a geração de pontos de referência e sua respectiva caixa de diálogo. Uma feature ponto de referncia pode ser criado unicamente ou conter várias definições de pontos na mesma oepração. Por ser uma feature ele será registrado na árvore do model, tendo as seguintes propriedades: quando criado multiplamente todos os pontos aparecem na árvore do modelo como um único nó; todos estes pontos atuam como um grupo e ser for removido da árvore será removido todos os componentes do grupo; os elementos individuais pode ser editados e removidos individualmente. Pontos são inseridos sobre referências que podem ser retas (arestas de peças) e planos. No exemplo da figura 2 observa-se que na caixa de diálogo o ponto foi inserido sobre o plano de frente (veja a opção on ao lado da definição de plano letra B na figura) e assim, ele espera que se defina a sua posição relativa às demais referências (plano de topo e lateral direito) no espaço de modelamento como mostra a letra A. 2

3 Figura 2: Referência necessária para posicionamento de um ponto no espaço de modelamento. A ferramenta de inclusão de pontos de referência permite que sejam criados quatro tipos de dados de pontos para o modelamento geométrico, como mostra a figura 3. Portanto, podem ser criados: 1. Pontos comuns ou gerais: O mais comum foi usado no exemplo anterior onde o ponto é criado relativo a um plano de referência e medido em relação a outros planos no próprio ambiente de modelamento. Lembrando que o ponto precisa ser bem posicionado. Ele pode estar sobre o plano de referência ou deslocado perpendicularamente em relação a ele. Em ambos os casos, como num sistema de coordenadas cartesianas o ponto precisa ser localziado relativo aos eixos, neste caso a planos perpendiculares ao plano de referência. O detalhe de quem é o eixo x ou y é resolvido pelo sistema CAE/CAD/CAM que determina a matriz de transformação necessária para posicionar o ponto no sistema de coordenadas de modelagem (MCS). 2. Pontos no ambiente de esboços de perfis ou secção paramentrizadas. Estes pontos estarão num plano definido pelo projetista; 3. Pontos a partir de um sistema de coordenadas: nesta opção o projetista aponta um sistema de coordenadas na área de modelagem e cria uma tabela de pontos em coordenadas (x, y, z) que define os pontos a ser inserido como suporte a modelagem geométrica. Nesta opção, os pontos pode ser importados num formato de texto para preencher a tabela de definição dos pontos. Esta opção é importante para o modelagem de curvas e superfícies ou nuvem de pontos, principalmente em atividades de recuperação de informação geométrica de peças que não tenham sido documentadas adequadamente por algum sistema CAE/CAD/CAM. 3

4 Figura 3: Tipos de pontos de referência a ser criados no ambiente de modelagem. 4. Pontos de referência do tipo campo ( field ): é tipo específico de ponto que são criados para ser usado em algumas aplicações de análise ou em alguns operadores modelagem de features avançadas que precisam deste dado para a concretização da forma ou análise. Estes pontos para existirem precisam de uma entidade geométrica tais como curvas, arestas, superfícies ou segmentos de superfícies do modelo em análise. 1.2 Eixos de referência Da mesma forma que os planos de referência, eixos de referência são necessários para a criação de detalhes geométricos em peças ou como informação a ser usado em operações de montagens e de fabricação. Eixos de referência são usados principalmente na criação de sólidos de revolução, onde é uma referência imprescindível. Usam-se eixos na colocação de furações, quando se deseja criar furos coaxiais, bem como na geração de matrizes de features com distribuição circular. Ou seja, todo detalhe que exige informação sobre concentricidade vai precisar de um eixo de referência como dado de entrada. Mais uma vez, lembrando os conceitos aprendido no estudo de geometria descritiva criar um eixo de referência significa usar um segmento de reta, agora com uma convenção gráfica de escrita ( normalmente exibida em traço e ponto). Pensando desta forma, os eixos de referência terão como suporte para a sua definição a entidade geométrica básica ponto, podendo ser referenciado, ainda as arestas e intersecções entre planos. A Figura 5 mostra uma forma de capturar os elementos geométricos para a criação de um eixo de referência num sistema CAE/CAD/CAM. 4

5 Figura 4: Elementos gráficos para a geração de planos de referência As entidades básicas e o resultado do seu uso são mostradas na Tabela 1, agora, para criação de eixos de referências. Nela é indicado as referências e o resultado esperado pelo uso do operador de criação da feature de projeto. Referências Um eixos ou uma aresta reta Dois pontos ou vértices Dois planos de referência ou uma superfície plana não paralelos Uma curva ou aresta curva e um de seus pontos extremos Um ponto e uma superfície Resultados O eixo de referência é criado passando pela aresta indicada O eixo fica restrito aos pontos de referência indicados ( through ) O eixo é gerado pela intersecção entre os planos de referência indicados O eixo é criado restrito tangente à curva e passando pelo ponto extremo Se o ponto está na superfície selecionada, um eixo é criado através do ponto e normal a superfície. Se o ponto não está na superfície selecionada a ferramenta abre uma caixa de diálogo, para a sua definição. Tabela 1: Referências Geométricas para a construção de eixos Na Figura 5 foi criado um eixo passando por dois vértices. Estes dados são 5

6 indicados na caixa de definição de referência do sistema CAE/CAD/CAM, aqui usado. Figura 5: Elementos para criação de um eixo de referência. 1.3 Planos de referências O recurso de geração de planos de referência está disponível em todas as interfaces de definição de dados geométricos do sistema CAE/CAD/CAM. Os ícones de referência aparecem com a cor marrom neste sistema aqui usado. Ele pode ser selecionada através de ícone mostrado na figura 6 abaixo. Figura 6: Ícones para a geração de planos de referência. Pode-se buscar nas definições da geometria descritiva nos cursos de formação básica de engenharia o conceito de planos e eixos. Basicamente, aprende-se que um plano é definido por três pontos e um eixo (que é uma reta com determinada convenção de apresentação) é definido por dois pontos. Portanto, os planos de referência usados em sistemas de modelamento geométrico nada mais são do que elementos geométricos criados a partir de entidades mais básicas da geometria, tais como: pontos, linhas, planos e a intersecção entre planos, de uma forma geral. 6

7 Desta forma, a interface de criação de planos e eixos de referência nos sistemas CAE/CAD/CAM habilita uma caixa de diálogo, para o registro das referências (entidades básicas) para criação da feature plano de referência. Ela espere que aponte até três referências podendo ser pontos, retas, planos, ou combinação destes, como é ilustrado na Figura 7. Figura 7: Caixa de diálogo esperando a definição de elementos para a construção de planos de referência, num modelo sólido. O processo de criação de planos e eixos de referência são baseadas na combinação apropriada das entidades básicas da geometria. Assim, para a criação de planos de referência pode ser usados as seguintes combinações, mostradas na Tabela 2 abaixo: A Figura 8 mostra os elementos para a criação de um plano de referência, cujas referências de criação são duas arestas da peça mostrada. Figura 8: Usando arestas de uma peça para criação de um plano de referência. Veja que Figura 8 mostra também a caixa de diálogo receptora das referências de criação do plano de referência, exibindo as referências usadas. As referências usadas podem ser classificadas em diversos tipos, tais como: sobre 7

8 Referências Dois eixos ou duas arestas coplanares (mas não coplanar) Passando por três pontos ou vértices Usando um plano de referência ou uma superfície plana e dois pontos ou vértices não colineares Usando um plano e passando por um ponto ou vértice ( não coplanar) Usando um ponto e um eixo ou uma aresta/curva (ponto não colinear a aresta) Usando um ponto e um eixo ou uma aresta/curva (ponto colinear o eixo/aresta) Resultados O plano é criado restrito através das referências ( through ) O plano fica restrito aos pontos de referência indicados criado restrito através das referências ( through ) O plano é criado normal ao plano indicado passando pelos pontos de referência indicados Plano criado restrito as referências Plano criado restrito as referências Plano criado restrito as referências e normal ao eixo/aresta Tabela 2: Referências Geométricas para a construção de planos ( on ), normal, paralelo, etc., permitindo ao projetista combinar diferentes situações para criar planos de referências. 2 Exemplo de criação de informação. Os planos e eixos de referências são essenciais para organizar a estrutura de dados no projeto de peças e produtos. Através da inserção deles no espaço geométrico, antecipadamente, a obtenção da forma geométrica pode ser controlada e obtida com mais precisão e velocidade de modelamento. Neste exemplo, vai ser usado uma seqüencia de operações com planos e eixos de referência para organizar a estrutura de dados de uma peça, que servirá tanto para o modelamento geométrico bem como posteriormente na montagem da mesma no conjunto. Neste exercício vai ser criada uma peça denominada de virabrequim. Virabrequim é uma peça usada em motores alternativos, ou em compressores. Nos primeiros, sua função principal é transmitir potência gerada pelo cilindro do motor. Essa potência é transmitida através do movimento de rotação 8

9 em torno do eixo do virabrequim, que depois será propagada para máquina pelos demais elementos de distribuição de potência: embreagem, caixa de marchas, etc.. Este elemento de máquina é muito usado em várias aplicações de produtos, sempre para conversão de movimento linear em movimento rotativo e vice-versa. Lembre-se que ao criar uma peça, o sistema CAE/CAD/CAM gera os planos de referências básicos definidos pelo arquivo semente de configuração do ambiente de modelamento. O arquivo semente de configuração do sistema é responsável em estabelece um sistema de coordenada de modelamento da peça. Desta forma, a partir deles pode-se começar preparação de dados necessários para o modelamento geométrico do virabrequim. Assim, efetue a seguintes operações: crie uma peça com o nome virabrequim; selecione os planos de topo e lateral direito e crie um eixo de nome eixo vrb crie um plano paralelo ao plano de topo com uma distância de 14 mm e com o nome pln pino; use o plano pln pino e o plano lateral direito para criar um eixo eixo pino criar um plano paralelo ao plano de frente distante 12.5 mm e chame-o de pln vrb sec e; criar um plano paralelo ao plano de frente distante mm e chameo de pln vrb sec s; Figura 9: Referências criar a geometria do virabrequim. 9

10 Com este procedimento foi criado as informações necessárias em termos de planos e eixos de referência para modelar geométricamente o virabrequim. Deve ficar claro, que os dados são dependentes da forma como um projetista modela uma peça. Mas, também, como se pode otimizar as informações necessárias para o uso da peça em diferentes atividades de projeto e manufatura. As entidades criadas no procedimento servirão de referência para a criação da geometria do virabrequim. Agora, pode-se concentrar na criação da forma do elemento central do virabrequim. Antes, porém, vai ser usado o recurso de esboços de secções parametrizada para capturar a forma do virabrequim num único esboço. Desta forma, toda a informação geométrica para geração da forma do virabrequim será colocada num perfil parametrizado (ou esboço da secção) no plano de frente. Para isso, abra o ambiente de esboços, modele e parametrize uma secção transversal, como mostra a figura 13. Figura 10: Esboço da secção usada para criar a geometria do virabrequim. 2.1 Modelando o virabrequim O esboço parametrizado na secção anterior tem todos os elementos para o modelamento geométrico do virabrequim. Isso pode ser obtido através do seguinte procedimento. 1. Modelar o eixo principal do virabrequim: deixe o esboço no estado unhide ; use a ferramenta de extrusão ( extrude tool ) e selecione no ambiente de esboços, somente a circunferência de diâmetro 12 mm com esboço desta operação; 10

11 de volta ao ambiente de captura de dados do operador extrusão, use a aba Options e habilite os dois lados com o estado Blind: as dimensões de extrusão nas duas direções são 80 mm e 45 mm respectivamente. Complete a feature de extrusão 1. Figura 11: Criando eixo principal do virabrequim. 2. Modelar o corpo principal do virabrequim: Habilite de novo a ferramenta de extrusão. como esboço do parte principal escolha somente a secção mais externa do esboço já modelada e volte para área de captura de dados da extrusão; use a aba Options e habilite os dois lados com o estado Selected reference e selecione respectivamente os planos pln vrb sec e e pln vrb sec s como limites da extrusão; Complete a feature de extrusão 2. Figura 12: Criando o corpo principal da geometria do virabrequim. 3. Criando um corte para gerar o eixo de conexão virabrequim/biela 11

12 Habilite de novo a ferramenta de extrusão. Como esboço de criação da extrusão selecione o círculo de diâmetro de 10 mm e retorne ao ambiente de captura de dados do operador extrusão. Use com opção a extrusâo simétrica em relação ao plano de esboço e de uma dimensâo de 10 mm. Selecione o ícone remoção de material e use a seta para definir o lado de retirada de material. Complete a feature de extrusão 2. Figura 13: A geometria do virabrequim. Veja que com o planejamento da estrutura de dados e referências junto com o planejamento das operações para gerar geometria, facilmente as peças vão sendo modeladas. Isso demonstra a importância do planejamento de qualquer atividade relacionada ao uso de sistemas CAE/CAD/CAM no projeto de peças e produtos. Compreender como se usa a estrutura de dados do sistema, seus operadores é uma das primeiras atividades para o bom uso dos mesmos. 2.2 Renomeando as variáveis de projeto. Uma atividade importante durante e/ou depois do modelamento de uma peça através de features é ir redefinindo as variáveis de projeto. Para isso, o sistema CAE/CAD/CAM,em geral, oferecem dois tipos de informação sobre a parametrização das peças: na forma numérica, significando as dimensões usadas no esboço da geometria e na forma literal, indicando a nomeação do parâmetro associado as dimensões usadas para criar a geometria. Isso é apresentado em diversas formas dependendo do sistema CAE/CAD/CAM. Neste sistema CAE/CAD/CAM, pode-se acessar esta informação da seguinte maneira: ao usar o botão direito sobre a árvore de features, e sobre o detalhe da peça, através da opção Edit, é apresentada na área gráfica as 12

13 dimensões do detalhe apontada. Por default a parametrização da peça é mostrada dimensionalmente, como ilustra a Figura 15. Figura 14: Valores dimensionais do perfil do virabrequim. Através da informação do menu Info > Switch Dimension as dimensões podem ser exibidas em formato numérico ou literal (textual). Na área gráfica, com as variáveis exibidas pode-se apontar para elas e criar os nomes de variáveis com significado de projeto para as dimensões das peças. Estas variáveis podem ser usadas depois para estabelecer relações entre elas, e assim definir um maior controle do projeto geométrico da peça. Na verdade, o próprio sistema CAE/CAD/CAM já vai criando váriaveis literais associadas as restrições dimensionais que são usadas para definir a geometria da peça. Como elas são uma enumeração de variáveis é melhor selecionar aquelas que vão controlar o projeto da peça e renomeá-las adequadamente. O seguinte procedimento pode ser usado para renomeação de variáveis: Se a dimensão não está exposta, usa-se a árvore de features para obter as dimensões da mesma. Isso pode ser dado pela edição da feature : com o mouse direito sobre ela, escolha no menu pop-up a opção Edit para que ela exiba as dimensões da feature na área gráfica. Use Info > Switch Dimension para mostrar as dimensões em formato numérico ou textual. Na dimensão que deve ser renomeada, com o botão direito do mouse sobre ela, escolha e abra o opção Properties, que por sua vez, habilitará uma caixa de diálogo para editar as propriedades da dimensão. Na aba Dimension text e na caixa de texto Name renomeie o parâmetro da feature para um nome de variável com significado de projeto. 13

14 Por último, confirme a mudança para incluir o novo nome da variável na peça. Um exemplo de exibição das variáveis paramétricas de um bloco é ilustrado na Figura. Figura 15: Valores das variáveis paramétricas do perfil do virabrequim. Assim, através da informação do menu Info > Switch Dimension os parâmetros que compõem um detalhe da peça (uma feature ) é exibida no formato numérico ou literal. E com ela, exibir os atributos das variáveis, criar os nomes, e definir assim um melhor controle dos parâmetros que definem a geometria da peça. Voltando para o ambiente de modelamento do exemplo 2, isto é, em visualização de peças, use a estratégia acima para modificar os nomes das variáveis de projeto dos furos internos do esboço para dia pino e dia vrb, respectivamente, como mostra a figura 16. Figura 16: Criando variáveis de projeto na secção parametrizada para criar a geometria do virabrequim. Assim, as outras variáveis paramétricas da peça, que são criadas automaticamente pelo sistema podem ser mudadas para uma nomenclatura que tenha um significado para o projeto da peça. Desta forma, o modelo agrega, 14

15 além das informações geométricas, as informações de projeto semanticamente coerentes, que serve para criar e controlar a geometria de um virabrequim, a partir de um esboço de projeto bem documentado. Com a ferramenta de criação de geometria por extrusão, a forma 3D do virabrequim será concretizada, conforme foi mostrado na secção 2.1. Também as variáveis criadas pelos operadores de geração de forma geométrica podem ser renomeadas para ser usada no controle do modelo. 15