1 Geometria de referencias: pontos, eixos e

planos

Pontos, eixos e planos sao entidades bastante usadas como referencias emsistemas CAE/CAE/CAM. Por isso a importancia em estudar como definirpontos, eixos e planos de referencias. E tambem, como estas geometriasauxiliares de agregacao de dados para o modelagem de formas geometricas.Desta forma os pontos, os eixos e os planos de referencia sao considerados“features” de projeto e, assim, aparecem explicitamente na arvore de features,como elemento de informacao ou como auxiliar para a geracao de formasgeometricas.

Portanto, pontos, eixos e planos de referencia (“datums”) sao elemen-tos geometricos usados para auxiliar a construcao de detalhes geometricosem pecas. Eles servem para posicionamento de perfis parametrizados, bemcomo para ajudar na definicao de medidas ou restricoes geometricas (valor deprofundidade, ou elemento de limitacao de extrusao, furos, etc.) na geracaode formas geometricas 3D. E tambem, em muitas vezes, as “features” so po-dem ser alocadas em alguma parte da peca se forem referenciada a algumaoutra “features” referencia (“datums”). Ou seja, estas “features” sao usa-das, tambem, como dados geometricos necessarios a construcao do modelogeometrico. Assim, vai ser apresentado as ferramentas para a definicao dosplanos e eixos de referencias nos sistemas CAE/CAD/CAM. As referenciasem geral podem ser criadas em qualquer momento e em qualquer ambiente,sempre que haja necessidade de usar referencias para a concretizacao da ge-ometria ou da analise de projeto.

1.1 Pontos de referencias

Os pontos de referencias sao usados em diferentes formas num sistema CAE/-CAD/CAM. A forma mais basica e na geracao de outras referencias, masele pode ser tambem usado para definir geometria da pecas. Pontos seraonecessarios em varios aplicativos de analise, bem como em alguns calculos depropriedades geometricas dos modelos. Alem disso, os pontos sao elementosindispensaveis para definicao de curvas genericas no espaco de modelamento;pode ser usado em modelamento avancado para definir forma do modeloatraves da importacao de uma nuvem de pontos.

Os pontos de referencias podem ser criados em qualquer momento, du-rante o processo de modelamento de uma “feature”. Para adicionar pontosde referencias usa-se a ferramenta “Datum Point” na interface do sistemaCAE/CAD/CAM. A feramenta de criacao de pontos de referencia habilita

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uam caixa de dialogo para a insercao de referencia para a criacao da entidade,como mostra 1.

Figura 1: Icones para a geracao de pontos de referencia e sua respectiva caixade dialogo.

Uma “feature” ponto de referncia pode ser criado unicamente ou contervarias definicoes de pontos na mesma oepracao. Por ser uma “feature” elesera registrado na arvore do model, tendo as seguintes propriedades:

• quando criado multiplamente todos os pontos aparecem na arvore domodelo como um unico no;

• todos estes pontos atuam como um grupo e ser for removido da arvoresera removido todos os componentes do grupo;

• os elementos individuais pode ser editados e removidos individual-mente.

Pontos sao inseridos sobre referencias que podem ser retas (arestas depecas) e planos. No exemplo da figura 2 observa-se que na caixa de dialogoo ponto foi inserido sobre o plano de frente (veja a opcao “on” ao lado dadefinicao de plano – letra B na figura) e assim, ele espera que se defina asua posicao relativa as demais referencias (plano de topo e lateral direito) noespaco de modelamento como mostra a letra A.

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Figura 2: Referencia necessaria para posicionamento de um ponto no espacode modelamento.

A ferramenta de inclusao de pontos de referencia permite que sejam cria-dos quatro tipos de dados de pontos para o modelamento geometrico, comomostra a figura 3. Portanto, podem ser criados:

1. Pontos comuns ou gerais: O mais comum foi usado no exemplo anterioronde o ponto e criado relativo a um plano de referencia e medido emrelacao a outros planos no proprio ambiente de modelamento. Lem-brando que o ponto precisa ser bem posicionado. Ele pode estar sobreo plano de referencia ou deslocado perpendicularamente em relacao aele. Em ambos os casos, como num sistema de coordenadas cartesianaso ponto precisa ser localziado relativo aos eixos, neste caso a planosperpendiculares ao plano de referencia. O detalhe de quem e o eixo xou y e resolvido pelo sistema CAE/CAD/CAM que determina a ma-triz de transformacao necessaria para posicionar o ponto no sistema decoordenadas de modelagem (MCS).

2. Pontos no ambiente de esbocos de perfis ou seccao paramentrizadas.Estes pontos estarao num plano definido pelo projetista;

3. Pontos a partir de um sistema de coordenadas: nesta opcao o projetistaaponta um sistema de coordenadas na area de modelagem e cria umatabela de pontos em coordenadas (x, y, z) que define os pontos a serinserido como suporte a modelagem geometrica. Nesta opcao, os pontospode ser importados num formato de texto para preencher a tabela dedefinicao dos pontos. Esta opcao e importante para o modelagem decurvas e superfıcies ou nuvem de pontos, principalmente em atividadesde recuperacao de informacao geometrica de pecas que nao tenham sidodocumentadas adequadamente por algum sistema CAE/CAD/CAM.

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Figura 3: Tipos de pontos de referencia a ser criados no ambiente de mode-lagem.

4. Pontos de referencia do tipo campo (“field”): e tipo especıfico de pontoque sao criados para ser usado em algumas aplicacoes de analise ou emalguns operadores modelagem de “features” avancadas que precisamdeste dado para a concretizacao da forma ou analise. Estes pontospara existirem precisam de uma entidade geometrica tais como curvas,arestas, superfıcies ou segmentos de superfıcies do modelo em analise.

1.2 Eixos de referencia

Da mesma forma que os planos de referencia, eixos de referencia sao ne-cessarios para a criacao de detalhes geometricos em pecas ou como informacaoa ser usado em operacoes de montagens e de fabricacao. Eixos de referenciasao usados principalmente na criacao de solidos de revolucao, onde e umareferencia imprescindıvel. Usam-se eixos na colocacao de furacoes, quando sedeseja criar furos coaxiais, bem como na geracao de matrizes de “features”com distribuicao circular. Ou seja, todo detalhe que exige informacao sobreconcentricidade vai precisar de um eixo de referencia como dado de entrada.

Mais uma vez, lembrando os conceitos aprendido no estudo de geometriadescritiva criar um eixo de referencia significa usar um segmento de reta,agora com uma convencao grafica de escrita ( normalmente exibida em traco eponto). Pensando desta forma, os eixos de referencia terao como suporte paraa sua definicao a entidade geometrica basica ponto, podendo ser referenciado,ainda as arestas e interseccoes entre planos.

A Figura 5 mostra uma forma de capturar os elementos geometricos paraa criacao de um eixo de referencia num sistema CAE/CAD/CAM.

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Figura 4: Elementos graficos para a geracao de planos de referencia

As entidades basicas e o resultado do seu uso sao mostradas na Tabela 1,agora, para criacao de eixos de referencias. Nela e indicado as referencias e oresultado esperado pelo uso do operador de criacao da “feature” de projeto.

Referencias Resultados

Um eixos ou umaaresta reta

O eixo de referencia e criado passando pela arestaindicada

Dois pontos ouvertices

O eixo fica restrito aos pontos de referencia indi-cados (”through”)

Dois planos de re-ferencia ou uma su-perfıcie plana nao pa-ralelos

O eixo e gerado pela interseccao entre os planos dereferencia indicados

Uma curva ou arestacurva e um de seuspontos extremos

O eixo e criado restrito tangente a curva e pas-sando pelo ponto extremo

Um ponto e uma su-perfıcie

Se o ponto esta na superfıcie selecionada, um eixoe criado atraves do ponto e normal a superfıcie.Se o ponto nao esta na superfıcie selecionada aferramenta abre uma caixa de dialogo, para a suadefinicao.

Tabela 1: Referencias Geometricas para a construcao de eixos

Na Figura 5 foi criado um eixo passando por dois vertices. Estes dados sao

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indicados na caixa de definicao de referencia do sistema CAE/CAD/CAM,aqui usado.

Figura 5: Elementos para criacao de um eixo de referencia.

1.3 Planos de referencias

O recurso de geracao de planos de referencia esta disponıvel em todas asinterfaces de definicao de dados geometricos do sistema CAE/CAD/CAM.Os ıcones de referencia aparecem com a cor marrom neste sistema aqui usado.Ele pode ser selecionada atraves de ıcone mostrado na figura 6 abaixo.

Figura 6: Icones para a geracao de planos de referencia.

Pode-se buscar nas definicoes da geometria descritiva nos cursos de formacaobasica de engenharia o conceito de planos e eixos. Basicamente, aprende-seque um plano e definido por tres pontos e um eixo (que e uma reta com de-terminada convencao de apresentacao) e definido por dois pontos. Portanto,os planos de referencia usados em sistemas de modelamento geometrico nadamais sao do que elementos geometricos criados a partir de entidades maisbasicas da geometria, tais como: pontos, linhas, planos e a interseccao entreplanos, de uma forma geral.

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Desta forma, a interface de criacao de planos e eixos de referencia nossistemas CAE/CAD/CAM habilita uma caixa de dialogo, para o registro dasreferencias (entidades basicas) para criacao da “feature” plano de referencia.Ela espere que aponte ate tres referencias podendo ser pontos, retas, planos,ou combinacao destes, como e ilustrado na Figura 7.

Figura 7: Caixa de dialogo esperando a definicao de elementos para a cons-trucao de planos de referencia, num modelo solido.

O processo de criacao de planos e eixos de referencia sao baseadas nacombinacao apropriada das entidades basicas da geometria. Assim, para acriacao de planos de referencia pode ser usados as seguintes combinacoes,mostradas na Tabela 2 abaixo:

A Figura 8 mostra os elementos para a criacao de um plano de referencia,cujas referencias de criacao sao duas arestas da peca mostrada.

Figura 8: Usando arestas de uma peca para criacao de um plano de referencia.

Veja que Figura 8 mostra tambem a caixa de dialogo receptora das re-ferencias de criacao do plano de referencia, exibindo as referencias usadas. Asreferencias usadas podem ser classificadas em diversos tipos, tais como: sobre

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Referencias Resultados

Dois eixos ou duas arestas copla-nares (mas nao coplanar)

O plano e criado restrito atravesdas referencias (”through”)

Passando por tres pontos ouvertices

O plano fica restrito aos pontosde referencia indicados criado res-trito atraves das referencias (”th-rough”)

Usando um plano de referencia ouuma superfıcie plana e dois pon-tos ou vertices nao colineares

O plano e criado normal ao planoindicado passando pelos pontosde referencia indicados

Usando um plano e passando porum ponto ou vertice ( nao copla-nar)

Plano criado restrito as re-ferencias

Usando um ponto e um eixo ouuma aresta/curva (ponto nao co-linear a aresta)

Plano criado restrito as re-ferencias

Usando um ponto e um eixo ouuma aresta/curva (ponto colinearo eixo/aresta)

Plano criado restrito as re-ferencias e normal ao eixo/aresta

Tabela 2: Referencias Geometricas para a construcao de planos

(“on”), normal, paralelo, etc., permitindo ao projetista combinar diferentessituacoes para criar planos de referencias.

2 Exemplo de criacao de informacao.

Os planos e eixos de referencias sao essenciais para organizar a estrutura dedados no projeto de pecas e produtos. Atraves da insercao deles no espacogeometrico, antecipadamente, a obtencao da forma geometrica pode ser con-trolada e obtida com mais precisao e velocidade de modelamento.

Neste exemplo, vai ser usado uma sequencia de operacoes com planos eeixos de referencia para organizar a estrutura de dados de uma peca, queservira tanto para o modelamento geometrico bem como posteriormente namontagem da mesma no conjunto.

Neste exercıcio vai ser criada uma peca denominada de virabrequim.Virabrequim e uma peca usada em motores alternativos, ou em compressores.Nos primeiros, sua funcao principal e transmitir potencia gerada pelo cilindrodo motor. Essa potencia e transmitida atraves do movimento de rotacao

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em torno do eixo do virabrequim, que depois sera propagada para maquinapelos demais elementos de distribuicao de potencia: embreagem, caixa demarchas, etc.. Este elemento de maquina e muito usado em varias aplicacoesde produtos, sempre para conversao de movimento linear em movimentorotativo e vice-versa.

Lembre-se que ao criar uma peca, o sistema CAE/CAD/CAM gera osplanos de referencias basicos definidos pelo arquivo semente de configuracaodo ambiente de modelamento. O arquivo semente de configuracao do sistemae responsavel em estabelece um sistema de coordenada de modelamento dapeca. Desta forma, a partir deles pode-se comecar preparacao de dadosnecessarios para o modelamento geometrico do virabrequim. Assim, efetue aseguintes operacoes:

• crie uma peca com o nome virabrequim;

• selecione os planos de topo e lateral direito e crie um eixo de nomeeixo vrb

• crie um plano paralelo ao plano de topo com uma distancia de 14 mme com o nome pln pino;

• use o plano pln pino e o plano lateral direito para criar um eixoeixo pino

• criar um plano paralelo ao plano de frente distante 12.5 mm e chame-ode pln vrb sec e;

• criar um plano paralelo ao plano de frente distante -12.5 mm e chame-o de pln vrb sec s;

Figura 9: Referencias criar a geometria do virabrequim.

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Com este procedimento foi criado as informacoes necessarias em termosde planos e eixos de referencia para modelar geometricamente o virabre-quim. Deve ficar claro, que os dados sao dependentes da forma como umprojetista modela uma peca. Mas, tambem, como se pode otimizar as in-formacoes necessarias para o uso da peca em diferentes atividades de projetoe manufatura.

As entidades criadas no procedimento servirao de referencia para a criacaoda geometria do virabrequim. Agora, pode-se concentrar na criacao da formado elemento central do virabrequim. Antes, porem, vai ser usado o recursode esbocos de seccoes parametrizada para capturar a forma do virabrequimnum unico esboco. Desta forma, toda a informacao geometrica para geracaoda forma do virabrequim sera colocada num perfil parametrizado (ou esbocoda seccao) no plano de frente.

Para isso, abra o ambiente de esbocos, modele e parametrize uma seccaotransversal, como mostra a figura 13.

Figura 10: Esboco da seccao usada para criar a geometria do virabrequim.

2.1 Modelando o virabrequim

O esboco parametrizado na seccao anterior tem todos os elementos para omodelamento geometrico do virabrequim. Isso pode ser obtido atraves doseguinte procedimento.

1. Modelar o eixo principal do virabrequim:

• deixe o esboco no estado “unhide”;

• use a ferramenta de extrusao (“extrude tool”) e selecione no am-biente de esbocos, somente a circunferencia de diametro 12 mmcom esboco desta operacao;

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• de volta ao ambiente de captura de dados do operador extrusao,use a aba Options e habilite os dois lados com o estado Blind : asdimensoes de extrusao nas duas direcoes sao 80 mm e 45 mmrespectivamente.

• Complete a “feature” de extrusao 1.

Figura 11: Criando eixo principal do virabrequim.

2. Modelar o corpo principal do virabrequim:

• Habilite de novo a ferramenta de extrusao.

• como esboco do parte principal escolha somente a seccao maisexterna do esboco ja modelada e volte para area de captura dedados da extrusao;

• use a aba Options e habilite os dois lados com o estado Selectedreference e selecione respectivamente os planos pln vrb sec e epln vrb sec s como limites da extrusao;

• Complete a “feature” de extrusao 2.

Figura 12: Criando o corpo principal da geometria do virabrequim.

3. Criando um corte para gerar o eixo de conexao virabrequim/biela

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• Habilite de novo a ferramenta de extrusao.

• Como esboco de criacao da extrusao selecione o cırculo de diametrode 10 mm e retorne ao ambiente de captura de dados do operadorextrusao.

• Use com opcao a extrusao simetrica em relacao ao plano de esbocoe de uma dimensao de 10 mm. Selecione o ıcone remocao dematerial e use a seta para definir o lado de retirada de material.

• Complete a “feature” de extrusao 2.

Figura 13: A geometria do virabrequim.

Veja que com o planejamento da estrutura de dados e referencias juntocom o planejamento das operacoes para gerar geometria, facilmente as pecasvao sendo modeladas. Isso demonstra a importancia do planejamento dequalquer atividade relacionada ao uso de sistemas CAE/CAD/CAM no pro-jeto de pecas e produtos. Compreender como se usa a estrutura de dados dosistema, seus operadores e uma das primeiras atividades para o bom uso dosmesmos.

2.2 Renomeando as variaveis de projeto.

Uma atividade importante durante e/ou depois do modelamento de uma pecaatraves de “features” e ir redefinindo as variaveis de projeto. Para isso, osistema CAE/CAD/CAM,em geral, oferecem dois tipos de informacao sobrea parametrizacao das pecas: na forma numerica, significando as dimensoesusadas no esboco da geometria e na forma literal, indicando a nomeacaodo parametro associado as dimensoes usadas para criar a geometria. Isso eapresentado em diversas formas dependendo do sistema CAE/CAD/CAM.

Neste sistema CAE/CAD/CAM, pode-se acessar esta informacao da se-guinte maneira: ao usar o botao direito sobre a arvore de ”features”, e sobreo detalhe da peca, atraves da opcao ‘Edit”, e apresentada na area grafica as

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dimensoes do detalhe apontada. Por “default” a parametrizacao da peca emostrada dimensionalmente, como ilustra a Figura 15.

Figura 14: Valores dimensionais do perfil do virabrequim.

Atraves da informacao do menu Info > Switch Dimension as dimensoespodem ser exibidas em formato numerico ou literal (textual). Na area grafica,com as variaveis exibidas pode-se apontar para elas e criar os nomes devariaveis com significado de projeto para as dimensoes das pecas. Estasvariaveis podem ser usadas depois para estabelecer relacoes entre elas, eassim definir um maior controle do projeto geometrico da peca. Na verdade,o proprio sistema CAE/CAD/CAM ja vai criando variaveis literais associadasas restricoes dimensionais que sao usadas para definir a geometria da peca.Como elas sao uma enumeracao de variaveis e melhor selecionar aquelas quevao controlar o projeto da peca e renomea-las adequadamente.

O seguinte procedimento pode ser usado para renomeacao de variaveis:

• Se a dimensao nao esta exposta, usa-se a arvore de “features” paraobter as dimensoes da mesma. Isso pode ser dado pela edicao da “feature”: com o mouse direito sobre ela, escolha no menu “pop-up” aopcao “Edit” para que ela exiba as dimensoes da “ feature” na areagrafica.

• Use Info > Switch Dimension para mostrar as dimensoes em formatonumerico ou textual.

• Na dimensao que deve ser renomeada, com o botao direito do ”mouse”sobreela, escolha e abra o opcao “Properties”, que por sua vez, habilitarauma caixa de dialogo para editar as propriedades da dimensao.

• Na aba “Dimension text” e na caixa de texto “Name” renomeie oparametro da “feature” para um nome de variavel com significado deprojeto.

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• Por ultimo, confirme a mudanca para incluir o novo nome da variavelna peca.

Um exemplo de exibicao das variaveis parametricas de um bloco e ilustradona Figura.

Figura 15: Valores das variaveis parametricas do perfil do virabrequim.

Assim, atraves da informacao do menu Info > Switch Dimension osparametros que compoem um detalhe da peca (uma “feature”) e exibida noformato numerico ou literal. E com ela, exibir os atributos das variaveis, criaros nomes, e definir assim um melhor controle dos parametros que definem ageometria da peca.

Voltando para o ambiente de modelamento do exemplo 2, isto e, emvisualizacao de pecas, use a estrategia acima para modificar os nomes dasvariaveis de projeto dos furos internos do esboco para dia pino e dia vrb,respectivamente, como mostra a figura 16.

Figura 16: Criando variaveis de projeto na seccao parametrizada para criara geometria do virabrequim.

Assim, as outras variaveis parametricas da peca, que sao criadas auto-maticamente pelo sistema podem ser mudadas para uma nomenclatura quetenha um significado para o projeto da peca. Desta forma, o modelo agrega,

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alem das informacoes geometricas, as informacoes de projeto semanticamentecoerentes, que serve para criar e controlar a geometria de um virabrequim,a partir de um esboco de projeto bem documentado. Com a ferramenta decriacao de geometria por extrusao, a forma 3D do virabrequim sera concre-tizada, conforme foi mostrado na seccao 2.1. Tambem as variaveis criadaspelos operadores de geracao de forma geometrica podem ser renomeadas paraser usada no controle do modelo.

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