Вы здесь

Создание джойстика

Создание джойстика. Karfidov Lab
Задача: 
Разработать модель и конструкцию джойстика.

При создании устройства от идеи до опытного образца проходит немалый путь, в котором всегда можно выделить ключевые участки, которые должен знать руководитель проекта. Наконец-то достаточное внимание начинает уделяться дизайну благодаря сильным первопроходцам в нашей стране, доказывающим его ключевую роль в конструкции и соответствующей государственной поддержке (посмотрите хотя бы на проект трамвая RUSSIAONEот Алексея Маслова для Уралтрансмаш). Наконец-то мы отходим от брутальных конструкций и на первое место выходят концепции дизайнеров, которые в дальнейшем будут задавать общее направление для работы как инженера-конструктора по моделированию в CAD-системах, так и CAM-специалисту, который будет заниматься доработкой модели под технологию производства мехобработкой. Эта связка дизайнер-CAD-CAMсостоит из трех человек и у каждого из них стоят свои задачи. Далее будет рассмотрен процесс работы этих людей в связке для реализации общей цели – разработки и изготовления джойстика, с акцентом на работу конструктора как связующего звена между дизайном и производством.

Опорный эскиз

Опорный эскиз

 

На данном изображении представлен предварительный эскиз джойстика, по которому пойдет разработка математической модели поверхностным и твердотельным моделированием в среде SolidWorks и визуализация в среде 3DSMax. При первичном осмотре скетча заметно отсутствие точных размеров, в связи с чем модель в дальнейшем придется масштабировать. Лучше всего заранее иметь точные данные по опорным размеров и постоянно их проверять в процессе работы на всех основных этапах – от создания поверхностей до их сшивки для получения твердого тела и последующего разделения твердого тела на отдельные детали. В противном случае будет достаточно сложно вносить какие-либо уточнения и корректировки. Работает общее правило — чем дальше зайдет процесс, тем сложнее будет внести принципиальные уточнения в исходную конструкцию. Поэтому детальная проработка технического задания и последующая регулярная сверка с ним – основное, на что необходимо сделать упор перед стартом процесса разработки. Если все таки модель создается на первом этапе по ориентировочным размерам, либо элементы скетчей неточно связаны между собой, в последующем эту модель скорее всего все-таки предстоит масштабировать. Минус масштабирования — невозможность внесения точных правок в исходную модель до масштаба, при пересчете нужно помнить коэффициент масштабирования. Например нам нужно обеспечить размер отдельного сегмента – 23,5 мм. До масштабирования эта длина может составить 20 мм, после масштабирования – 23,5. Для данного случая коэффициент масштабирования составляет 1,175. Представьте, если в последующем нужно будет обеспечить размер 24,5 мм – снова придется пересчитывать масштаб, из-за которого могут съехать некоторые другие важные элементы. Данная перестройка точно не будет на пользу процессу. Кроме того, отдельные элементы, например отверстий под стандартные крепежные элементы, могут достаточно неудачно съехать в область нестандартных значений, и далее их придется корректировать отдельно, либо подлавливая исходный диаметр под последующий коэффициент масштабирования, либо перенося элементы в дереве построения. Наиболее хорошо конечно же сразу иметь опорные размеры, относительно которых можно будет подобрать масштаб изображения при его первоначальной проработке, как показано на следующем рисунке:

Уточненный эскиз

 

Уточненный эскиз

 

Правда, чем меньше размеры опорного элемента, тем больше погрешность при создании общего контура и габаритов, поэтому лучше всего сразу обозначиться  габаритными размерами конструкции. Иногда возникает ситуация, когда размеров нет (например нет связи с дизайнером, а сроки кратчайшие). В таком случае приходится самостоятельно искать опорные места, для оценки размеров. Например, размеры стандартных элементов – кнопок, рычагов и прочих элементов – как правило унифицированы, их габаритные размеры известны. В таком случае общая оценка возможна, но с погрешностями, ввиду того, что стандартные или покупные элементы зачастую значительно меньше размеров конечного устройства. Также следует помнить о возможных неточностях прорисовки. Пример таких элементов показан на рисунке:

Разрабатываемый элемент показан с кнюппелем, модель которого известна

 

Разрабатываемый элемент показан с кнюппелем, модель которого известна

 

Проверка масштаба важна при передаче CAM-мастеру для подготовки производства на ЧПУ. Конечная проверка размеров – обязательное и самое критичное звено, пропустив которую можно допустить следующий промах (показанный на примере другой модели джойстика):

Масштабирование элементов

 

Масштабирование элементов

 

В левой части данного рисунка показан масштаб, который получится в результате моделирования, а в правой части – тот масштаб, который требуется на самом деле. Если упустить данный момент из виду, можно получить неприемлемый по всем функциям продукт, который можно будет демонстрировать в лучшем случае для красоты, а в худшем – в качестве напоминания об ошибке. Зачастую дизайнеру в кратчайшие сроки требуется просто сделать красивый рендер облика без проработки конструкции, который может выглядеть как показано на рисунке.  Достаточно лишь сделать общий обвод контуров, без использования какого-либо масштаба. Поэтому со вниманием относитесь к тем моделям, которые может Вам предоставить дизайнер, далеко не факт, что масштаб, который используется в его модели – правильный, несмотря на получение правильной формы и отличного внешнего вида. К еще одному минусу масштабирования после получения модели в CAD-системе относится и тот факт, что при технологической проработке на следующем этапе, когда будет определятся инструмент и его размеры, вы рискуете получить конструктивные элементы, например радиусы скруглений  не в 1 мм, а 0.8746 мм и сопоставимое отличие в диаметрах отверстий, которые далее придется исправлять либо специалисту CAD, либо оператору CAM, что в любом случае создаст лишнюю потерю времени. Когда модель в CAD-системе готова или близка к завершению, необходимо провести согласований с дизайнером или заказчиком, чтобы убедиться, что его концепция реализована корректно. Для оценки качества поверхностей необходимо внимательно изучить все стыки поверхностей, используя инструмент «зебра», для поиска неудачных или просто недостаточно плавно переходящих из одной в другую поверхностей.

 

Инструмент «Зебра» для оценки качества поверхностей

 

Инструмент «Зебра» для оценки качества поверхностей

 

На данном рисунке хорошо видно, как на стыке некоторых поверхностей, соединение получилось недостаточно ровным и после изготовления все эти места будут бросаться в глаза. Данные места нужно выравнивать. Если их не удается исправить в текущей модели, можно провести эту работу на следующем этапе, совместно со специалистом CAM, как правило, в используемых ими программных продуктах также есть возможности для правки, причем с достаточно широкие, но лучше не перекладывать работу на другого человека, а сразу сделать хорошо самому. Еще один важный аспект – проверка правильности форм кривых на отсутствие лишних перегибов, особенно перегибов вовнутрь, которые практически не исправить механической обработкой, в отличие от наружных выступов. Данные перегибы очень часто возникают на стыке поверхностей и при сложных переходах из одной поверхности в другую, а также при соединении двух симметричных частей в одно целое.

Пример того, как ровный участок в результате построения модели оказался кривым.

 

Пример того, как ровный участок в результате построения модели оказался кривым.

 

Центральная часть данного участка должна представлять собой прямую линию, но заметно, как прямая линия пошла с изломами и превратилась в кривую. Это следует исправлять заблаговременно. Следует внимательно отслеживать контурные линии и общую правильность очерков, следить, чтобы линии не сломались. Тут следует учитывать еще один фактор – программные упрощения модели, когда модель предстает перед нами несколько угловатой. Это может быть заметно на отдельных участках и создавать ложное впечатление неровности. Использование «зебры» позволяет избежать данной неоднозначности восприятия. На этапе согласования с дизайнером очень часто оказывается так, что представленный вариант не до конца удовлетворяет запросам и нужно быть готовому к вариативному проектированию, как показано на рисунке: Вариативное проектирование позволяет рассмотреть большое количество способов исполнения устройства, что дает дополнительное преимущество, так как во-первых возможно сделать шаг назад и перейти к одному из других вариантов, во-вторых уменьшается вероятность того, что что-то не продумали и не доглядели. В данном случае представлено несколько возможных вариаций облика верхней части разрабатываемого джойстика, из которых предстоит выбрать одну. Если позволяет время и ресурсы – можно распечатать несколько образцов для оценки эргономики.

 

Не стоит забывать, что некоторые огрехи модели можно исправить на этапе шлифовки, но  лучше избегать последующих доработок. Если Вы будете учитывать эти простые замечания и комментарии, то Вам будет значительно легче работать в связке с дизайнером и учитывать возможности производства. Это позволит снизить сроки разработки и изготовления, а следовательно уменьшить финальные издержки.

 

Готовое устройство

Готовое устройство

Алексей Карфидов 76