Polskie śruby II

Autorzy są członkami Koła Naukowego Solid Edge na Wydziale Mechanicznym Akademii Techniczno-Rolniczej w Bydgoszczy

Kompletna biblioteka 3D MCAD podstawowych łączników gwintowych wykonana według polskich standardów konstrukcyjnych PN, dedykowana dla systemu UGS Unigraphics NX

Na podstawie obserwacji rozwoju branży konstruowania i wytwarzania wyrobów, zauważa się zwiększenie tendencji, mających na celu radykalne skrócenie czasu wprowadzania produktów na rynek. Szybka i wydajna realizacja zamówień jest powodem uzyskania szeregu korzyści materialnych oraz wzrostu zadowolenie klienta, co przyczynia się do tworzenia atmosfery wzajemnego zaufania pomiędzy kontrahentami. Efektem powyższego jest doskonalenie renomy oraz zewnętrznego wizerunku firmy, oznaczające wzrost liczby zamówień od dotychczasowych i nowych klientów. Podmioty gospodarcze, które skutecznie realizują transformację procesów wprowadzania innowacji, uzyskują znaczną przewagę nad konkurencją i mogą współzawodniczyć z najlepszymi z branży.

Najważniejszym etapem rozwoju produktu, z punktu widzenia skracania czasu wprowadzania produktu na rynek, jest etap projektowania i konstruowania. Na podstawie analizy metod pracy konstruktorów z różnych branż przemysłowych, wyodrębniono najczęściej wykonywane i najbardziej czasochłonne zadania inżynierskie.

Spośród nich wyróżnia się proces wprowadzania do modelowanych zespołów części standardowych, ze szczególnym uwzględnieniem podstawowych łączników gwintowych, tj. śrub, podkładek i nakrętek. Powyższe elementy pojawiają się masowo w zróżnicowanych projektach, pochodzących ze wszystkich monitorowanych branż przemysłowych.

Uwagę zwraca fakt, iż najczęściej stosowanymi w Polsce łącznikami gwintowymi są elementy zgodne z Polskimi Normami (PN-EN, PN EN-ISO, PN/M), definiowanymi przez Polski Komitet Normalizacyjny. Pomimo względnie nieskomplikowanej postaci konstrukcyjnej ww. łączników, ich ręczne modelowanie i wprowadzanie do zespołów jest procesem żmudnych i czasochłonnym. Dodatkowo, błędna interpretacja danych zawartych w odpowiedniej normie, spowoduje powstanie niedopuszczalnych błędów.

Należy również pamiętać, iż poprawne funkcjonowanie wdrażanego na rynek wyrobu, uwarunkowane przez liczbę błędów konstrukcyjnych, zależy w dużej mierze od koncentracji projektanta. Długotrwały proces wprowadzania do modelowanego zespołu znacznej liczby łączników gwintowych, może powodować niepotrzebną dekoncentrację inżynierów. Zdarzeń takich należy za wszelką cenę unikać, ponieważ błędy powstałe na etapie konstruowania są najtrudniejsze i najkosztowniejsze do zniwelowania. Poza tym, są często powodem niepotrzebnych, nawet wielomiesięcznych przestojów produkcji.

Uwzględniając potrzeby swoich klientów, firma UGS stworzyła kompletną i intuicyjną w obsłudze bibliotekę łączników gwintowych wg PN, dedykowaną dla systemu Unigraphics NX pod nazwą „UGS Unigraphics NX – Fasteners Library 2006”. Dzięki takiemu narzędziu, w chwili obecnej, najbardziej czasochłonne etapy procesu wprowadzania do zespołu części danego łącznika gwintowego (ewentualnie ich stosów, tj. zbiorów śrub, podkładek i nakrętek), realizowane są automatycznie.

Założenia projektowe, narzucone podczas tworzenia biblioteki złączy gwintowych wg PN „UGS Unigraphics NX – Fasteners Library 2006”

Na podstawie wytycznych, otrzymanych dzięki ścisłej współpracy z przemysłem i wynikających z zaistniałych potrzeb, pracownicy firmy UGS sformułowali założenia, będące wytycznymi do tworzenia opisywanej biblioteki łączników gwintowych wg PN.

W jednym z podstawowych założeń stwierdzono, że stosowanie biblioteki „UGS Unigraphics NX – Fasteners Library 2006” ma przyczynić się do usprawnienia pracy jak najszerszej grupy użytkowników. Dlatego też zawarto w niej zapisy konstrukcji śrub, podkładek i nakrętek, opisane przez wszystkie obowiązujące obecnie w kraju Polskie Normy. Pełen asortyment biblioteki przedstawiono w artykule z marcowego wydania Design News DN 3 (10) 2006, s. 44, Tablica 1.

Łącznie uwzględniono 108 Polskich Norm, zawierających 1836 typoszeregów części. Cała gama zawartych norm zawiera zarówno elementy powszechnego zastosowania (śruby z łbem walcowym i gniazdem sześciokątnym, nakrętki sześciokątne, podkładki okrągłe), jak też części stosowane w specyficznych branżach przemysłowych, jak np. branża meblarska (podkładki tapicerskie). Dodatkowo przeniesienie pełnych zasobów PN umożliwia generowanie łączników gwintowych o wartościach gwintów, należących do zakresu od M1,2 do M90. Uwzględniono również wszystkie wartości ich skoku. Powoduje to możliwość stosowania opisywanej biblioteki zarówno w przemyśle precyzyjnym, jak i ciężkim. Przykładowe modele śrub, nakrętek i podkładek, możliwe do umieszczenia w modelowanym zespole części systemu UGS Unigraphics NX, przedstawiono na Rys. 1.

RYS. 1. Wybrane przykłady łączników gwintowych wg PN, możliwych do wstawienia w projektowanym zespole części systemu UGS Unigraphics NX: a) śruby, b) nakrętki, c) podkładki

Ze względu na mnogość konfiguracji systemu CAD/CAM/CAE UGS Unigraphics NX, założono, iż biblioteka złączy gwintowych wg PN, dedykowana dla tego systemu, będzie tak wykonana, aby mogli z niej korzystać wszyscy użytkownicy, niezależnie od wykorzystywanych modułów i narzędzi systemu NX. Wobec powyższego, w celu pełnego wykorzystania zasobów biblioteki „UGS – Unigraphics NX Library – Fasteners 2006” nie jest wymagane posiadanie dodatkowych modułów, dedykowanych dla specyficznych branż przemysłowych, jak np. NX Mold Wizard (projektowanie form wtryskowych), czy też

NX Progressive Die Wizard (projektowanie postępowych wykrojników i tłoczników). Opisywana biblioteka może więc zostać uruchomiona już w najprostszej konfiguracji systemu NX, a także bezpośrednio w jego specjalizowanych środowiskach, jak np. NX Mold Wizard.

Udało się tego dokonać ze względu na wykonanie biblioteki łączników gwintowych wg PN z zastosowaniem jednego z prostszych narzędzi systemu NX, dostępnego już w jego podstawowej konfiguracji, tj. polecenia Part Family służącego do tworzenia rodzin części.

Kolejną wytyczną stosowaną podczas tworzenia opisywanej biblioteki było ułatwianie użytkownikowi doboru łącznika gwintowego poprzez możliwość szybkiego sortowania setek tysięcy (!) wystąpień części standardowych na podstawie wprowadzonych kryteriów oraz przejrzystego wylistowania zawartych zasobów. Również w tym przypadku pomocne było zastosowanie tak znanej i szeroko stosowanej funkcji Unigraphics NX, jaką jest Part Family. Dzięki niepodważalnym zaletom tej funkcji dobór łącznika gwintowego w bibliotece jest nieporównywalnie szybszy i bardziej komfortowy od metod tradycyjnych.

Dodatkowo odpowiednie skonfigurowanie plików wsadowych powoduje, że na wykonywanych przekrojach, zgodnie z kanonami i zasadami polskiego rysunku technicznego gwintowe elementy złączne są domyślnie przedstawiane w widoku. Eliminuje to kolejne czasochłonne konfigurowanie tworzonych przekrojów przez konstruktora (Rys. 2).

  RYS. 2. Fragment dokumentacji płaskiej – przekrój przykładowego złącza gwintowego wraz z listą części śruby

Innym czasochłonnym elementem pracy konstruktora jest wypełnianie list części w dokumentacji płaskiej. Dzięki odpowiedniemu skonfigurowaniu w pliku wsadowym takich atrybutów zastosowanych modeli łączników gwintowych, jak np.: nazwa normy, czy materiał, znacznie skraca się proces tworzenia asocjatywnej dokumentacji 2D (Rys. 2).

W celu nadania większego realizmu w projekcie 3D MCAD, odkształcalne łączniki gwintowe takie jak np.: podkładki sprężyste, są przedstawione w dwóch nastawach referencyjnych: jako odkształcone i nieodkształcone (Rys. 3). Ma to uże znacznie m.in. ze względu na konflikt zasad tworzenia klasycznej dokumentacji złożeniowej oraz „rozstrzelonych” dokumentów montażowych. W dokumentacji klasycznej podkładka taka powinna być przedstawiona jako obciążona (odkształcona), natomiast na widokach „rozstrzelonych” – wręcz przeciwnie.

RYS. 3. Przykład zastosowania dwóch nastaw referencyjnych:

a) odkształconej, b) nieodkształconej

Stwierdzono, że miarą elastyczności i nowoczesności oprogramowania jest możliwość ingerowania w jego zasoby. Dzięki wykorzystaniu powszechnie stosowanego i prostego w użyciu narzędzia Part Family, możliwe jest spełnienie kolejnego założenia dotyczącego ułatwienia personalizacji zasobów biblioteki. Możliwe jest więc łatwe uzupełnianie jej zasobów lub ich pomniejszenie o modele łączników nie stosowanych w danej firmie.

Metoda tworzenia biblioteki „UGS Unigraphics NX – Fasteners Library 2006”

Tradycyjny sposób tworzenia wirtualnych bibliotek części standardowych polega na importowaniu modeli wybranych elementów w postaci plików o formatach pośrednich (np. *.igs, *.stp) ze stron WWW lub katalogów CDR producentów lub dostawców danych części. Pomimo spopularyzowania tej metody, cechuje się ona szeregiem wad, do których należy przede wszystkim fakt, iż zaimportowane pliku zajmują znaczną część przestrzeni dyskowej, ze względu na konieczność zapisywania każdego z wariantów danej części w osobnych dokumentach. Metoda ta uniemożliwia również łatwe przypisanie atrybutów konstrukcyjnych (np. rodzaj i skok gwintu) i wymusza każdorazowe przeprowadzenie procesu translacji.

Celem wyeliminowania wad związanych z powyższą metodą, wykorzystano możliwości zaawansowanej parametryzacji części projektowanych w środowisku NX.

W pierwszym etapie tworzenia biblioteki „UGS Unigraphics NX – Fasteners Library 2006”, w środowisku Modeling systemu NX stworzono modele łączników gwintowych opisywanych poszczególna normą. Następnie w tablicy zmiennych Expressions wyodrębniono najistotniejsze dla geometrii łącznika gwintowego parametry sterujące poszczególnymi operacjami składowymi modelu, dotyczące odpowiednich cech konstrukcyjnych, opisanych w danej Polskiej Normie, jak m.in.: całkowita długość trzpienia śruby, długość nagwintowania, wysokość łba, czy wymiaru „pod klucz”. Wartości tych parametrów przeniesiono do wewnętrznego arkusza kalkulacyjnego systemu NX. Na Rys. 4 przedstawiono poszczególne czynności pierwszego etapu tworzenia opisywanej biblioteki.

RYS. 4. Wybrane czynności, związane z tworzeniem biblioteki łączników gwintowych wg PN:  a) tworzenie wirtualnego modelu części standardowej, b) wyróżnienie w oknie dialogowym Expressions najważniejszych parametrów sterujących geometrią modelu, zgodnie z wytycznymi PN, c) przeniesienie wybranych parametrów modelu do arkusza kalkulacyjnego za pomocą funkcji Part Family

W następnym etapie wprowadzono wartości parametrów poszczególnych wystąpień łączników gwintowych. Dodatkowo, w arkuszu kalkulacyjnym uwzględniono informacje niezbędne podczas automatycznego wypełniania listy części w dokumentacji płaskiej (Rys. 5).

RYS. 5. Plik arkusza kalkulacyjnego z informacjami, dotyczącymi wymiarów geometrycznych modelu łącznika gwintowego, oraz danymi, które są niezbędne podczas automatycznego wypełniania listy części w asocjatywnej dokumentacji płaskiej

Wszelkie pliki pochodne powstałe podczas stosowania ww. biblioteki są dodatkowo kopiowane do wskazanego folderu – w celu wyeliminowania wielokrotnego generowania geometrii elementu pochodnego.

Efektem wyposażenia systemu UGS Unigraphics NX w bibliotekę łączników gwintowych wg PN będzie ostateczne zażegnanie trudności w stosowaniu modeli części znormalizowanych. Na podstawie przeprowadzonych badań, stwierdzono, iż wykorzystanie opisywanej biblioteki przez konstruktorów, spowodowało skrócenie czasu wykonywania ich zadań projektowych o około 30%. Należy dodatkowo wspomnieć o zgłaszanym przez użytkowników znacznym zwiększeniu komfortu ich pracy.

Interface i korzystanie z biblioteki „UGS Unigraphics NX – Fasteners Library 2006”

W celu umieszczenia modelu wybranego łącznika gwintowego w danym projekcie 3D MCAD, należy skorzystać ze standardowego narzędzia, służącego do wstawiania wykonanych uprzednio elementów do zespołu części w systemie NX, tj. Add Existing Component.

Kolejnym etapem procesu wstawiania modelu wybranego łącznika gwintowego do zespołu jest wskazanie pliku *.prt, w którym zdefiniowano odpowiednią rodzinę części, tj. kompletny zbiór typoszeregów ww. łącznika, opisanych daną Polską Normą.

Dla ułatwienia nawigacji użytkownika, nazwy wykorzystanych plików *.prt są analogiczne do nazw odpowiednich Polskich Norm, obecnie obowiązujących.

Po wykonaniu powyższych czynności, system NX rozpoczyna procedurę umieszczania w zespole komponentów rodziny części. Podczas tego procesu możliwe jest łatwe i wydajne sortowanie zasobów biblioteki, w celu odnalezienia konkretnego rodzaju i wariantu łącznika gwintowego. Sortowanie zachodzi na podstawie wprowadzonych przez Użytkownika kryteriów wyszukiwania, którymi są wartości odpowiednich wymiarów modeli łączników gwintowych wg PN. Możliwe jest przeglądanie parametrów geometrycznych wstawianych łączników (np. długość części nagwintowanej trzpienia śruby, wysokości podsadzenia, wysokości łba, rozmiaru „pod klucz” itd.) oraz łatwy dobór ich odpowiednich wartości. Okno dialogowe narzędzia Part Family, gdzie możliwe jest sortowanie zasobów biblioteki przedstawiono na Rys. 6.

RYS. 6. Okno dialogowe narzędzia Part Family podczas doboru łącznika gwintowego z zastosowaniem kryteriów wyszukiwania:

c) zbiór wszystkich wystąpień

Wobec powyższego, proces doboru odpowiedniego modelu łącznika, mający miejsce w systemie UGS Unigraphics NX uznać należy za szybki i „przyjazny dla użytkownika”.Po dokonaniu wyboru łącznika gwintowego system Unigraphics NX przechodzi to standardowej procedury umieszczania gotowej części w zespole.

Podsumowanie

Wykonano kompletną bibliotekę numeryczną podstawowych łączników gwintowych według standardów konstrukcyjnych obowiązujących na terenie Rzeczypospolitej Polskiej, przeznaczoną dla systemu UGS Unigraphics NX. Uwzględniono w niej wszystkie Polskie Normy dotyczące śrub, nakrętek i podkładek, co oznacza nagromadzenie danych geometrycznych 1836. typoszeregów elementów opisanych 108. normami.

Poprzez wykorzystanie zaawansowanej parametryzacji części bazowych, bogata w zasoby biblioteka zajmuje na dysku niewiele miejsca – około 16 MB.

Dzięki odpowiednio sprecyzowanym założeniom, stworzonym w wyniku ścisłej współpracy firmy UGS z przemysłem, opisywana biblioteka charakteryzuje się następującymi zaletami:

• usprawnianie pracy możliwie szerokiej grupy użytkowników z wielu różnych gałęzi przemysłu, bez potrzeby posiadania specjalizowanych modułów takich jak NX Mold Wizard lub NX Progressive Die Wizard,
• przyspieszanie użytkownikom doboru modelu łącznika gwintowego poprzez możliwość sortowania zasobów na podstawie wprowadzanych kryteriów,
• ułatwienie czynności dotyczących tworzenia dokumentacji płaskiej poprzez przedstawianie łączników w widoku na przekrojach zespołów (wymóg polskiego rysunku technicznego), a także wypełnianie list części odpowiednimi atrybutami, określonymi przez PN,
• nadanie większego realizmu widokom rozstrzelonym poprzez wprowadzenie nastaw referencyjnych modeli elementów sprężystych jako odkształcone i nieodkształcone.

Poprzez zastosowanie łatwych w edycji plików wsadowych, możliwa jest szybka i wydajna aktualizacja zasobów biblioteki w wyniku wprowadzenia nowych rozporządzeń Polskiego Komitetu Normalizacyjnego.

Opisana tutaj Biblioteka nie jest pierwszym tego typu narzędziem przeznaczonym do wspopmagania prac inżynierów korzystających z oprogramowania UGS. W numerze 3(10) z marca br., na stronach 44–46 opisywaliśmy „KNSE – Solid Edge – Fasteners Library 2006”.

Autor: TEKST:MICHAŁ BACHAN, WOJCIECH BIENIASZEWSKI, ADAM BUDZYŃSKI, SZYMON KOŚCIANOW