SolidWorks, introduzione al CAD
Nozioni di base per l’uso di SolidWorks
CAD significa Computer Aided Design o Drafting, è un settore dell’informatica rivolto alla semplificazione, velocizzazione dell’attività di progettazione (design) o di realizzazione del disegno tecnico (drafting) necessario per la fase di produzione.
Se un prodotto industriale è frutto di un progetto completamente nuovo, si parla di ingegneria diretta, dove il promotore e/o il soggetto attuatore possiedono l’origine dei dati; punti, linee, geometrie, i parametri che descrivono matematicamente il prodotto industriale.
Si parla di sistema parametrico, quando il prodotto sviluppato con l’ausilio del CAD è definito utilizzando le relazioni tra gli elementi propri del suo modello e sfruttando valori variabili.
Le potenzialità di un CAD parametrico sono fondamentali per la progettazione, perché permettono di creare molteplici risultati, cambiando, con semplicità, il valore anche di un solo parametro.
I software CAD più utilizzati nell’ambito dell’industria meccanica sono:
- Autocad 2D e 3D (Autodesk), sistema parametrico bidimensionale e tridimensionale, il 2D è uno strumento di base per il disegno
- NX (Siemens), sistema parametrico tridimensionale, adatto alla meccanica, dove si lavora maggiormente sulle superfici (automotive), complesso e sofisticato
- CATIA (Dassault Systèmes), sistema parametrico tridimensionale, adottato da molte industrie aerospaziali, automobilistiche e navali
- SolidWorks (Dassault Systèmes), sistema parametrico tridimensionale, adatto alla meccanica, dove si lavora maggiormente sui corpi solidi, veloce e intuitivo nell’uso e quindi molto diffuso
Il CAD permette di definire il modello di un oggetto nello spazio tridimensionale, utilizzando un sistema di coordinate cartesiane nello spazio.
Supponiamo di mettere un punto P all’interno di uno spazio 3D utilizzando le coordinate cartesiane:
A questa rappresentazione, corrisponde una terna ordinata di numeri reali, l’insieme che comprende i numeri razionali e irrazionali, infinite posizioni possibili di un punto all’interno dello spazio:
P(xp, yp, zp)
Alla scoperta di SolidWorks
Aprendo SolidWorks (abbreviato SW) per la prima volta, notiamo gli elementi tipici delle applicazioni Windows, con la possibilità di ridurre o aumentare la dimensione della finestra e la barra dei menu con tendine di accesso alle funzioni. A destra, è presente una colonna di navigazione tra le diverse risorse disponibili.
Creando un nuovo documento, SW chiede con quale sistema internazionale di unità di misura e standard di quotatura s’intende lavorare. L’impostazione rimane fino a eventuale modifica.
SW permette di lavorare su tre livelli di sviluppo, che corrispondo alla scelta da compiere nella creazione di un nuovo documento o progetto:
- parte, il modello di un oggetto o prodotto singolo non divisibile (estensione file .SLDPRT)
- assieme, il modello di un oggetto o prodotto formato da più parti o altri assiemi scomponibili (estensione file .SLDASM)
- disegno, la tavola tecnica costruttiva 2D di una parte o di un assieme (estensione file .SLDDRW)
È opportuno stabilire a priori come (nomenclatura) e dove (cartella) archiviare i file relativi al progetto, in quanto i file sono collegati tra loro e il percorso di archiviazione rimane stabilmente memorizzato nei file stessi. Eventuali spostamenti successivi, potrebbero causare problemi di ricostruzione del progetto stesso.
Creando o aprendo una parte esistente, il menu iniziale si amplia come Barre degli strumenti, con nuove funzioni, contestuale al livello in cui stiamo operando.
Compaiono nuovi elementi operativi, si aggiunge una nuova barra orizzontale chiamata CommandManager, anche questa contestuale al tipo di documento aperto.
A sinistra, compare la colonna con l’albero di disegno FeatureManager, con la struttura cronologica dell’oggetto parte, assieme o disegno.
Al centro dello schermo, abbiamo l’area grafica, dove sviluppare il modello geometrico della parte.
Geometrie di riferimento e orientamento nello spazio
Automaticamente, SW predispone un sistema di riferimento 3D con coordinate cartesiane, dove il simbolo degli assi X, Y indica che stiamo guardando perpendicolarmente il piano formato da questi assi, chiamato piano frontale.
Definizione: una retta e un piano incidenti si dicono perpendicolari se la retta è perpendicolare a qualsiasi retta del piano passante per il punto in comune con la retta data. La perpendicolare a tutte le rette appartenenti a un piano si dice normale al piano.
Le geometrie di riferimento sono:
- Origine degli assi (0, 0, 0)
- Assi X, Y, Z
- Piano frontale (X, Y)
- Piano superiore (X, Z)
- Piano destro (Y, Z)
Queste geometrie sono virtuali, sono strumenti per orientarsi e realizzare gli oggetti 3D, quindi dei corpi solidi, ma non appartengono agli oggetti.
Per migliorare l’orientamento nello spazio tridimensionale, almeno nella fase iniziale di apprendimento, è possibile visualizzare l’origine degli assi e i piani cartesiani.
Dopo aver cambiato la visualizzazione dei piani cartesiani e dell’origine, è possibile avere una visione tridimensionale dello spazio di lavoro, usando la vista isometrica.
Per facilitare la visione dell’area grafica, è consigliabile applicare uno sfondo bianco semplice.
Per centrare il contenuto dell’area grafica, utilizzare lo zoom ottimizzato (tasto F).
Utilizzo del mouse
Il mouse e la tastiera sono senza dubbio i dispositivi di input più importanti per il disegnatore, tanto che ne esistono svariate versioni, per velocizzare il lavoro o renderlo più confortevole.
È opportuno iniziare utilizzando un mouse standard, per familiarizzare con le funzioni di base di SW:
- Puntatore: tasto sx = selezione di funzioni dalle barre e oggetti nell’area di lavoro
- Menu contestuale: tasto dx = selezione di funzioni inerenti all’oggetto puntato
- Zoom: tasto centrale = rotella, ruotare in avanti = rimpicciolisce, ruotare indietro = ingrandisce
- Panoramica: tasto centrale = rotella, premere e trascinare il mouse verso il basso/alto/dx/sx = ruota l’oggetto sull’asse orizzontale/verticale del momento, mostrando la parte superiore/inferiore/sx/dx dell’oggetto stesso
Creazione del primo schizzo, uso dei vincoli
Per realizzare un oggetto, si parte comunemente da uno schizzo (sketch), cioè un disegno bidimensionale realizzato su un piano o una faccia piana (porzione di superficie che delimita un solido) di un oggetto già presente.
Per realizzare lo schizzo, si possono utilizzare diversi tipi di elementi da disegno chiamati entità, da disporre singolarmente o in combinazione tra loro:
- punti
- segmento
- circonferenza
- quadrato
- rettangolo
- …
Quando s’inseriscono le entità di schizzo, SW tenta d’indovinare i vincoli che li caratterizzano, utili per definire totalmente lo schizzo. Attenzione; a volte questi vincoli sono inutili o indesiderati allo scopo dello schizzo!
Proviamo, ad esempio, a creare un triangolo equilatero con lati lunghi 50 mm.
Creiamo un nuovo schizzo sul piano frontale (tasto dx > schizzo), sull’albero di disegno si aggiunge lo schizzo (numerazione sequenziale automatica) e si evidenzia l’origine degli assi.
Inseriamo una linea da punto medio, usando l’origine degli assi come riferimento medio. Usare il tasto esc per interrompere la creazione di altri segmenti dopo il secondo.
Possiamo notare che il primo segmento ha due vincoli, segnalati da due simboli verdi; quello del punto intermedio corrispondente all’origine e il vincolo orizzontale, parallelo all’asse X; per questo il segmento è nero, segnale di definito.
Non è totalmente definito, perché non è stata indicata la lunghezza, quindi i punti di estremità sono blu, segnale di non definito. Il secondo segmento è completamente non definito o sottodefinito.
Notiamo anche che nel FeatureManager, la descrizione dello schizzo ha un segno meno tra parentesi tonda, un altro segnale che lo schizzo non è definito, quindi il nostro lavoro è incompleto. Se inseriamo una quota lineare (lunghezza) sul primo segmento, questo diventa completamente nero, quindi totalmente definito.
Se quotiamo il secondo segmento, continuerà a essere non definito, ma se aggiungiamo il terzo lato del triangolo, dandogli la quota, e congiungiamo le due estremità, selezionando insieme i due punti di estremità (tasto Ctrl per la multiselezione, proprietà delle entità selezionate di tipo punto, aggiungi relazioni “Unione”), lo schizzo diventerà totalmente definito.
Notare che il simbolo meno tra parentesi nella descrizione dello schizzo è scomparso. Schizzo totalmente definito, lavoro finito.
Nota Bene: relazione è sinonimo di vincolo e anche la quota è un vincolo dell’oggetto cui si riferisce.
Un metodo alternativo per creare le relazioni tra entità è di utilizzare l’apposita funzione “aggiungi relazione”; in questo caso, selezionare in sequenza le entità punto da unire, “Unione”.
Esercitazione
Accendere (mostrare) e spegnere (nascondere) le geometrie di riferimento, orientarsi nello spazio 3D con l’uso del mouse.
Creare altri schizzi con altre figure geometriche come il quadrato, il rettangolo e il cerchio.
Provare l’uso della quota come vincolo. Fare un segmento con un punto vincolato all’origine, inserire la quota e “tirare” l’altro punto col puntatore. Il punto libero ruota attorno all’origine, appartiene alla circonferenza di un cerchio che ha il raggio uguale al segmento tracciato.
Immagine in evidenza: Futuristic medical scientist workplace. Male / man wearing shirt and vr glasses holding holographic prosthesis of coxal and touches virtual screen making medical analysis on futuristic plant background with control panels. Fonte: 123rf
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