guide de laboratoire introduction à la modélisation de

GPA – 725

Conception assistée par ordinateur de composants aéronautiques

Guide de laboratoire

Introduction à la modélisation de pièces usinées

sous CATIA V5 R17

Marie-Christine Marcil, Louis Rivest

Janvier 2011

GPA ‐725 Conception assistée par ordinateur de composants aéronautiques

Objectifs Ce document fait suite aux guides de familiarisation avec les ateliers "Sketcher", "Part Design" et "Generative Shape Design" de CATIA V5. Il suppose donc que l’étudiant est familier avec les fonctions de base du logiciel. Il propose deux exercices. Le premier exercice entraîne l’étudiant à la construction d’une surface réglée à partir de courbes imposées. Le second exercice propose une méthodologie d’utilisation des outils de modélisation surfacique et solide pour la modélisation de pièces usinées, sur une pièce de complexité faible.

Figure 0‐1‐Surface guidée à générer

Figure 0‐2‐Pièce usinée à modéliser


1. Exercice 1 – Surface réglée sous CATIA V5 R17 Cet exercice permet à l’étudiant d’expérimenter les techniques de construction et de modification de surfaces réglées à l’aide de la commande BALAYAGE (SWEEP).

Instructions

1) Récupérer le fichier GPA725-LAB3-EXERCICE-1-SURFACES.CATPart. Ce modèle contient les éléments de construction nécessaires à la création d’une surface réglée.

Figure 1‐1

2) Changer les unités (dans les menus déroulants) : Tools/Options/General/Parameters and Measure/ Units/ Length/Inch.

3) Définir le set géométrique comme objet de travail (bouton droit dans l’arbre de construction sur set géométrique, sélectionner "Définir objet de travail" dans le menu déroulant.

Figure 1‐2

Droite 1 (jaune)

Courbe 1 (vert)

Courbe 3 (cyan)

Courbe 2 (vert)


4) Création de la surface réglée. • Allez dans l’atelier "Generative Shape Design" • Sélectionner la commande BALAYAGE (SWEEP) .

1. Profile type: Line. 2. Sub-type: Two Limits. 3. Guide Curve 1: Sélectionner la courbe 1. 4. Guide Curve 2: Séletionner la courbe 2.

NB : La courbe 3 sera utilisée plus loin. 5. Length1: Utiliser une valeur pour allonger le segment de balayage de la

courbe guide 1. Ici, entrer une valeur de 1 pouce. 6. Length 2: Utiliser une valeur pour allonger le segment de balayage de la

courbe guide 2. Ici, entrer une valeur de 2 pouces. 7. Spine: Sélectionnez la droite 1 8. Presser <OK>

Figure 1‐3

1

2

3

4

5

6

7

8


5) Visualiser les iso-paramétriques des surfaces

• Ajuster les options de visualisation (dans les menus déroulants) : Tools/Options/General/Display/Performances/Enable iso… (voir les flèches sur la Figure 1-4)

Figure 1‐4

• Visualisez les iso-paramétriques

• Choisir le mode d’affichage approprié

View Mode+Customize View Parameters

Figure 1‐5

NB: Notez qu’il vous faudra sauvegarder votre modèle, fermer Catia V5 et ouvrir le logiciel à nouveau pour rendre l’affichage des iso paramétriques actif.


Voici l’image de l’iso paramétrique obtenue (surface 4 axes) selon le plan YZ

Figure 1‐6

6) Projection de la surface sur un plan. Voir la Figure 1-7.

• Sélectionner la commande Boundary • Sélectionner la surface. (NB : Pas de limites à définir) • Presser <OK>

• Sélectionner la commande Projection • Projeter la géométrie générée par la commande Boundary sur le plan PLN 1. • Allez dans l’atelier "Part Design". Voir la Figure 1-8. • Définir le corps de pièce comme objet de travail (bouton droit dans l’arbre sur corps de

pièce, sélectionner "Définir objet de travail" dans le menu déroulant.

• Sélectionner la commande Extrusion 1. Type: Up to surface. 2. Limit: Sélectionnez la surface. 3. Selection : Sélectionnez la projection.

Figure 1‐7

Surface

Boundary

Projection


Figure 1‐8


7) Modification de la surface et du solide. Voir la Figure 1-9. • Tous les paramètres de construction de la surface sont modifiables. • Dans l’arbre de construction, double cliquez sur la surface (Balayage/Sweep) • Cliquer dans la boîte "Guide Curve 2" • Sélectionner la courbe guide Courbe 3. • Cliquer dans la boîte "Length 2" • Entrer 1 pouce comme nouvelle valeur. • Presser <OK> pour accepter la modification. La surface passera par les courbes 1 et 3.

Figure 1‐9

• Revenir dans la boîte de modification de la surface et modifier la Spine (Droite.1) pour la Courbe 3.

• Presser <OK> pour accepter la modification. La surface générée est une surface 5 axes.

Voici l’image de l’iso paramétrique obtenue (surface 5 axes) selon le plan YZ

Figure 1‐10


2. Exercice 2 – Modélisation d’une pièce usinée sous CATIA V5 R17 Cet exercice a pour but de mettre en pratique les notions de méthodologie de modélisation de pièces usinées vues en classe. Dans cet exercice, le solide décrit par la figure ci-dessous est d'abord créé à partir d’une surface réglée qui approxime les surfaces maîtresses de l'avion. Diverses modifications sont ensuite apportées.

R 30


Instructions

1. Modèle de départ

1. Récupérer le fichier GPA725-LAB3-EXERCICE-2- PIECE USINEE.CATPart. 2. Changer les unités (dans les menus déroulants) : Tools/Options/General/Parameters

and Measure/ Units/ Length/Millimeter.

3. Activer le "Corps principal" comme objet de travail. Pour ce faire, utilisez l’arbre

de spécification et le bouton droit de la souris. Une ligne blanche devrait apparaître en dessous du nom du corps pour indiquer qu’il est actif. De plus, les icônes disponibles devraient s’allumer dans la barre de menu à droite de l’écran.

2. Extrusion du solide de départ Définir d'abord le contour du prisme, qui doit passer par le point <0,0,0> et avoir une dimension hors tout de 1000mm selon Y (positif) et de 700mm selon X (négatif). L'excès de matériel selon ``X`` assurera une coupe propre lors d'une étape ultérieure. Dans l’atelier "Part Design", démarrez une Esquisse sur le plan XY et effectuez le rectangle demandé. Sortez de l’esquisse et procédez à l’extrusion de l’esquisse d’une hauteur de 200mm selon l’axe Z (positif). NB : Notez qu’il est souvent plus facile de se retrouver dans un modèle complexe lorsqu’on applique des couleurs différentes aux différents éléments géométriques. Ainsi, si l’on veut changer la couleur pour un item (lignes, surfaces, esquisses, solides…), il faut sélectionner la géométrie dans l’arbre de spécification avec le bouton droit de la souris, et choisir Propriétés dans le menu déroulant. Sélectionner ensuite l’onglet Graphique, ce qui permet de changer la couleur.

Corps principal actif.


Figure 2‐1 : Éléments de géométrie

Figure 2‐2 : Extrusion et surface OML réglée

Surface de construction OML réglée (JAUNE)

Spine de la surface

Axe du trou (VERT)

Plan du joggle (CYAN)

Esquisse de l’étape 2 (BLANC)


3. Définition du contour externe 1- Contour de la pièce délimité par la surface.

1. Insérer un nouveau " Set Géométrique ". Les éléments de construction seront placés dans ce Set Géométrique. Pour ce faire, cliquez sur insertion + l’icône Set Géométrique. Vous devriez voir dans l’arbre de spécification un nouvel élément intitulé "Set Géométrique.2". Renommer le set géométrique par "Géométrie Construction".

2. Activer "Géométrie Construction" comme objet de travail. 3. Passez dans l’atelier "Generative Shape Design"

4. Sélectionner la commande DÉCALAGE 5. Sélectionner la surface, avec la flèche vers l’intérieur. Cette surface approxime l'OML

(Outside Molding Line). L’OML est donc déjà une surface réglée. 6. Mettre 10 mm comme valeur de décalage. Ici, 10mm correspond à l'épaisseur du

panneau externe. Renommer la surface décalée "IML".

7. Cacher la surface initiale avec la commande CACHER

8. Retournez maintenant dans l’atelier " Part Design " et utilisez l’outil COUPE pour découper le solide à l’aide de la surface décalée. (Vous pouvez atteindre cette fonction par les menus déroulants "Insertions + Composants issus d’une surface + Coupe "). Cliquez sur la surface pour indiquer l’élément coupant et assurez-vous que les flèches orange pointent vers le bas (ceci indique la partie à conserver). Comme il y a un seul solide, vous n’avez pas à indiquer l’élément à couper.

Figure 2‐3 : Coupe avec surface IML


2- Évidement du solide.

Nous allons utiliser la fonction COQUE pour évider la pièce en contrôlant l’épaisseur des murs externes. Il est possible de contrôler l’épaisseur de chaque mur de façon indépendante. Cliquez sur l’icône Coque puis sur la face que l’opération doit retirer. Indiquez maintenant 35 mm dans le champ Épaisseur intérieur. Cliquer ensuite sur Pas de sélection à l’option Faces à épaisseurs différentes. Cliquer sur le dessus de la pièce, là où nous irons plus tard positionner un "Machined Step", et cliquer aussi derrière la pièce. Pour changer les mesures des épaisseurs de murs, double-cliquer sur les mesures encrées sur la pièce. Entrer 50mm comme épaisseur intérieure pour le dessus de la pièce et 15 mm comme épaisseur intérieure pour le plancher de la pièce. NB : Les mesures encrées à la pièce pour la fonction COQUE ne sont parfois pas visibles lorsque la pièce conçue est trop volumineuse. Afin que les mesures soient affichées, il faut approcher le point de vue de la pièce (donc en utilisant le "ZOOM"). Les mesures apparaîtront à l’écran.

Figure 2‐4 : Coque à épaisseurs différentes


4. Création des "Machined Steps"

Les prochaines étapes consistent à créer la géométrie nécessaire afin d’extraire la matière pour construire le "Machined Step".

1. Assurez-vous d’afficher à l’écran le plan "Joggle Plan 1". Ce plan de "Machined Step" correspond à un décalage du plan représentant la limite de la pièce pour laquelle un dégagement doit être prévu.

2. Créer un nouveau "Corps de pièce". Pour ce faire, cliquez sur insertion + l’icône Corps de pièce. Vous devriez voir dans l’arbre de spécification un nouvel élément intitulé "Corps de pièce.2". Renommer ce corps de pièce par "MachinedStep 1".

Cette manipulation permet de faire une distinction entre le Corps principal et la pièce que nous allons créer. De cette façon, nous pourrons appliquer des opérations booléennes aux éléments.

Notez que dans un cas où il y a plusieurs machined steps, chaque machined step aura son propre corps de pièce.

3. Assurez-vous d’être toujours dans l’atelier "Part Design"

4. Créer une SURÉPAISSEUR avec la surface IML. La première valeur de la limite d’épaisseur correspond à la profondeur du machined step (20 mm), et la deuxième valeur de la limite d’épaisseur assure un dépassement pour retirer le solide sans problème au corps principal (par exemple, 60mm).

5. Utiliser l’outil COUPE pour couper l’IML à l’aide du plan "Joggle Plan 1". Assurez-vous de garder la partie solide correspondant au machined step sur le dessin.

6. Créer l’arrondi pour le diamètre d’outil de 30mm. Cliquer d’abord sur l’icône Congés et Arêtes, entrer la bonne valeur puis sélectionnez l’arête. Validez en cliquant sur OK.

7. Utiliser la fonction booléenne RETIRER pour enlever le " MachinedStep 1" au "Corps Principal"

Figure 2‐5 : Création du machined step


5. Construction du mur intérieur

Nous allons maintenant utiliser l’outil Raidisseur afin de créer le mur interne de la pièce. Nous utiliserons, pour ce faire, une ligne positionnée au centre de chaque mur. De cette façon, l’épaisseur de ceux-ci sera facilement modifiable.

Le profil du raidisseur doit être perpendiculaire à la pièce.

1. Activer "Géométrie Construction" comme objet de travail. 2. Créer un PLAN parallèle décalé de 510 mm par rapport au côté gauche de la pièce

(correspond à la localisation du mur central sur le dessin). Renommer le plan "Raidisseur".

3. Activer le "Corps principal" comme objet de travail. 4. Faire une Esquisse sur le plan créé. Faire une ligne verticale, excédant la pièce en haut

et en bas et coïncidente avec la face de l’ouverture de la coque.

Figure 2‐6 : Section de droite pour la construction du mur


5. Cliquez sur l’icône Raidisseur et inscrivez 50 mm dans le champ "épaisseur".

6. Cliquez ensuite sur la ligne créée précédemment. Dans la boîte de dialogue, décochez la boîte "Fibre neutre". Assurez-vous que le sens du raidisseur soit du bon coté.

7. CATIA devrait vous donner une prévisualisation de ce que sera le mur. Les flèches

orange indiquent les sens de propagation du mur. Voir la figure ci-dessous.

Figure 2‐7 : Génération du raidisseur

6. Création des congés

Vous pouvez créer les congés en deux opérations. En premier lieu, créer les congés de 30 mm entre les raccordements mur-mur. Ensuite, dans une opération différente, créer ceux des raccordements mur-plancher d’une valeur de 15 mm.


7. Création des trous En utilisant l’axe de trou comme guide, utilisez les fonctions ESQUISSE et EXTRUSION pour créer la petite partie cylindrique (diamètre 100mm). Ensuite, utilisez la fonction TROU pour évider le centre. Finalement, utilisez la fonction CONGÉS/ARÊTES pour générer le rayon de 10mm.

8. Appliquer des matériaux Les propriétés des matériaux doivent être attribuées en partie pour les processus en aval, comme l’analyse du poids et le stress. Elle doit être appliquée sur un "Part document".

Cliquer sur l’outil Appliquer des matériaux. Sélectionner le matériel (Aluminium) Sélectionner le " Part document " Appliquer le matériel

Le matériel apparaît au bas de l’arbre.

9. Modification de la pièce solide. 1. Modifier l’épaisseur du mur en contact avec le panneau externe.

• Passer de 50mm à 70mm. 2. Modifier l’épaisseur du plancher.

• Passer de 15mm à 20mm. 3. Modifier le rayon de raccordement des poches.

• Passer de 15mm à 35mm. 4. Modifier l’épaisseur du mur plan opposé à la surface maîtresse.

• Passer de 35mm à 15mm. 5. Modifier l’épaisseur du panneau externe.

• Passer de 10mm à 30mm. NB : Quand le modèle est terminé, il faut cacher les différents sets géométriques avant de sauvegarder.

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