1 Famılia de Pecas

1.1 Introducao

Muitas pecas usadas em projetos sao serializadas, pois formam parte dadefinicao de uma gama de produtos. Por isso, a importancia de ser estu-dado o conceito de famılia de pecas. O conceito de serializacao e normal-mente ensinado nos cursos de elementos de maquinas, nos quais sao discu-tidos varios conceitos importantes de projeto mecanico. As diferentes com-binacoes de variaveis dimensionais, adicao e retiradas de “features”, criacaode parametros adicionais em pecas pode ser usado em diferentes projetos.Este gerenciamento de informacao e fundamental para que se conheca comoobter famılias de pecas e por extensao famılia de produtos.

Entao, uma famılia de pecas e gerada a partir de uma peca basica, e delavarias outras pecas podem ser geradas. Isso e feito, controlando a formageometrica das novas pecas, atraves da variacao de variaveis de projeto deuma peca modelada, como foi visto anteriormente no estudo de relacoes.Da mesma forma, pode-se tambem controlar o conteudo geometrico de umapeca, atraves da supressao de ”features”. E desta forma que a maioria dossistemas CAE/CAD/CAM oferecem varias maneiras de combinar geometriae variaveis de projeto de uma peca, possibilitando assim, a reusabilidade deinformacao de um banco de pecas basicas que pode ser usada para a geracaode novas pecas ou produtos. O conjunto de pecas modificadas por variacaode parametros e features e denominado de famılia de pecas.

Os sistemas CAE/CAD/CAM procuram usar estruturas tabulares paraorganizar as famılias de pecas. Isso e uma maneira de ter as vantagens douso de planilhas eletronicas para organizar os dados da famılia de pecas. Asfamılias de pecas devem ser organizadas numa base de dados do projeto. Noentanto, e importante salientar que quanto maior for o numero de dados dapeca que fara parte da famılia, mais difıcil de entende-la e mante-la. Por isso,a importancia de organizar a estrutura de nomes das variaveis que compoemuma peca, e assim o proprio produto em si. Uma forma de melhorar a ma-nutencao da famılia de pecas ou produto e reduzir o numero de variaveisparametricas que a planilha de dados controla. Ou ainda, gerar varias com-binacoes de variaveis de projeto formando outras possibilidades de pecas nasua base de dados.

Pensando desta forma, para lidar com a ferramenta de criacao de famılia,os dados da pecas devem estar organizados atraves de uma boa estrutura denomes das variaveis dimensionais, bem como de suas “features”. Alem disso,e preciso que se estabelecam criteriosamente as relacoes entre as variaveisdeterminando quais delas serao independentes e definidoras das variaveis que

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controlarao a famılia. Lembrando, a aplicacao da estrutura de nomes deve seraplicada as variaveis parametricas da peca e devem estar organizadas numaterminologia com significado de engenharia. Para pecas comuns e sempreinteressante valer-se das normas de padronizacao. Parafusos, rolamentos,eixos e outros elementos de maquina tem uma nomenclatura bem conhecidae aceita definida, tanto na pela norma brasileira - a ABNT - como nas normasinternacionais – ISO, SAE, DIN e JICA.

Nos sistemas CAE/CAD/CAM, uma famılia de pecas e criada com umaferramenta apontando para um menu do tipo: “Tools > Family Table”, nabarra de menu principal. A Figura 1, mostra a interface para criacao deuma famılia de pecas no ProEngineer.

Figura 1: Interface para criacao da famılia de pecas.

Antes de comecar a trabalhar com esta ferramentas alguns conceitos pre-cisam ser lembrados e outros precisam ser introduzidos. Assim, vai ser lem-brado o processo de criacao de variaveis de projeto e sera introduzido acriacao de parametros adicionais e projeto para uma peca.

1.2 Criando parametros adicionais

Foi visto e bastante enfatizado nas seccoes anteriores que e possıvel criarvariaveis de projeto, como nomes com significado de engenharia e de acordocom a pratica usada para projetar os elementos de maquinas. Ate aqui, foiusado somente as variaveis geometricas. No entanto, no controle do projeto,geralmente e associado outras variaveis necessarias para o gerenciamentoda informacao de pecas de produtos. Em geral, sistemas CAE/CAD/CAM

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fornecem a possibilidade de criacao de parametros adicionais para melhoraro gerenciamento de projeto de pecas e produtos.

Assim, pode ser criados outros tipos de variaveis, agora denominadosde parametros de projeto. Estes parametros devem fazer parte do relatoriode projeto e serao usados para a documentacao do processo de producaodas pecas e produtos. Eles devem ser criteriosamente inseridos de formaque facam parte do projeto da peca ou produto. Um parametro bastanteusado e a variavel de projeto Custo. Aparentemente, ela nao tem nadaa ver com a geometria em si, gerada no CAD, mas e um fator importantena definicao de uma peca e produto. O volume de material, a forma deobtencao da caracterıstica geometrica, a maneira como vai ser produzidadetermina o custo de criacao de uma peca ou produto no processo de projeto.Assim, a variavel Custo, pode ser adicionada como um dado de projeto a sercontrolado. Em alguns sistemas CAE/CAD/CAM ela passa a ser chamadade parametro de projeto, aqui, adicionado a estrutura de informacao da peca.

A ferramenta Tools > Parameters do sistema CAE/CAD/CAM emuso na disciplina, serve para adicionar e verificar os parametros associados auma peca. A Figura 2, mostra a interface para a criacao de parametros deprojeto de pecas e produtos.

Figura 2: Interface para introducao de parametros de pecas e produtos.

Por exemplo, para criar o parametro Custo, pode ser seguido os seguintespassos:

1. Abra a ferramenta Tools > Parameters para criar parametros. Najanela aberta, use o botao + para adicionar um novo parametro aomodelo.

2. Adicione o nome Custo, defina o tipo de variavel como sendo Real eentre com um valor como 0.05.

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3. Na linha coluna “Description” adicione Cabeca Hex.

4. Aproveite para mudar a informacao de parametros ja criados pelo sis-tema, como, por exemplo, na linha Modeled By e na coluna “Value”,mudar para EMC5301.

Definido estes preambulos, pode-se agora criar a planilha com a famıliade pecas.

1.3 Requisitos iniciais para definicao de famılias

Mesmo assim, e importante relembrar o que foi visto na seccao de relacoes.Para criar uma famılia de pecas e preciso organizar a variaveis de projeto dapeca. Isso pode ser feito, olhando para cada elemento da arvore de “feature”e dele eleger as variaveis dimensionais que farao parte da famılia de peca. Oque significa usar o procedimento de:

1. Exibir os dados da “feature” na forma literal, usando Info > SwitchDimension, sabendo se as variaveis de projeto ja foram criadas parafazer parte da famılia de pecas.

2. Para definir um nome de variavel, com as dimensoes da peca na tela,selecione uma a uma, aquelas que serao os elementos definidores dafamılia de pecas

3. Com o botao da direita do mouse, selecione do menu exposto, a opcaoProperties e, na janela exposta, procure pela aba Dimension Text

4. Na area de texto Name, substitua o nome da variavel criada pelosistema por um significado de engenharia para a peca, e que fara parteda famılia.

5. Feche a ferramenta.

Este procedimento executado no sistema CAE/CAD/CAM habilitara quea peca tenha as dimensoes ligadas as variaveis de projeto necessarias paracriacao da famılia de pecas.

2 Exemplo de criacao de famılia de pecas

Neste exemplo, vai ser explorado o procedimento para criacao de uma famıliade parafusos. O parafuso foi configurado a partir de um conjunto de “featu-res”, contendo um corpo (gerado por uma extrusao cilındrica), uma cabeca e

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duas “features” de detalhamento que definem a forma da chave a ser usadapara fixa-lo ou retira-lo da peca. A chave de fenda pode ser do tipo allenou torx. As duas “features” fazem parte da geometria, e assim explora-sea usabilidade de insercao de diferentes elementos na modelagem geometrica,permitindo criar duas famılias de parafusos a partir de uma mesma geome-tria. Lembrando, um parafuso e definido pelo tamanho, diametro nominal,tipo de rosca, etc., como e visto na disciplina de elementos de maquinas.

Neste exercıcio vai ser usado o arquivo denominado “bolt.prt”. Abrindo apeca no sistema CAE/CAD/CAM observe como foi executada a modelagemgeometrica desta forma basica do parafuso. Neste exemplo, exiba ou nao asduas features Cut e Hex, que definem o tipo de parafuso que pode ser usadonum projeto de produto. Para ver isso, na arvore do modelo geometrico,suprima (“Suppress”) o detalhe hexagonal hex e observe o detalhe da cabecado parafuso dado a fenda para insercao da chave Cut; observe a geometria.Renomeie a feature Cut para TorX. Investigue como foi criado o perfilparametrizado para obte-la. O nome associado ao tipo de fenda na cabecado parafuso TorX significa que para fixar/retirar o parafuso com este tipode cabeca, um torque deve ser aplicado em torno do eixo X. Va na arvoredo modelo, clique com o botao direito e use a opcao “resume” para que a“feature” suprimida hex , retorne sua geometria na arvore de “feature”.

Uma observacao geral: nos casos em a “feature” ainda, estiver suprimida,isto e, se o detalhe hexagonal hex nao aparece na arvore, use o seguinteprocedimento:

• Use a aba Setting, na janela da arvore de “feature” e procure pelaopcao TreeFilters.

• A caixa de escolha definicao de ”features”suprimidas esta desmarcada;habilite-a e agora a “feature” retornar a arvore, como um ponto pretoao lado do nome.

Aı, com o botao direito sobre a arvore de “feature” escolha resume. Comoisso ela volta a ser uma “feature” na arvore e seus detalhes aparecem na areagrafica.

De novo, com a opcao Info > Switch Dimension pode ser verificadopara cada “feature” na arvore de ”features”, os nomes de variaveis de projetoque ja tenham sido criados para peca, como foi feito no exercıcio para de-finicao de relacoes. Agora, comece a definir algumas variaveis parametricasadicionais para controlar a forma do parafuso e ser inserida na tabela quevai ser criado posteriormente. Para isso, use a opcao Edit na protusao queformou o corpo cilındrico (Protusion id 39) do parafuso e selecione a di-mensao do comprimento mostrada na area grafica. Clique sobre a dimensao

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e com o botao direito do mouse escolha do menu “pop-pup” Properties.Na caixa de dialogo aberta, usando a aba Dimension Text mude o nomeda variavel de d123 para Comp parafuso. Observe, os nomes das variaveisque define o parafuso para as outras ”features”, tambem.

2.1 Criando tabela para a famılia de pecas

Como ja foi dito, uma famılia de pecas e gerada usando o conceito os apli-cativos de criacao de planilhas comuns. Planilhas sao ferramentas usadasem atividades que precisa fazer relacionamento de variaveis em matrizes dedados. Este sistema CAE/CAD/CAM tem uma ferramenta para construiruma planilha de variaveis que vai constituir os dados da famılia de peca. No-vamente, na barra de menu principal usa-se o menu Tools, e a opcao FamilyTable, abrindo uma interface de dialogo como mostrado 1. No inıcio, naoaparece nenhuma planilha formatada. Entao, e preciso definir a formatacaoda planilha, atraves da entrada dos elementos e variaveis da peca que vaodefinı-la. Uma famılia e composta pelas pecas e as variaveis que vao definira famılia. Assim, ela sera uma matriz com as linhas formando o tipo de pecae as colunas as variaveis que vao controlar o que diferencia um membro deum famılia em relacao ao outro.

O procedimento de criacao de uma planilha de uma famılia de pecassegue:

• Adicionar, inicialmente, as colunas da planilha, usando “AddColumn”.As colunas podem ser parametros dimensionais, parametros de “featu-res” e outros criados para compor a planilha da famılia de pecas;

• Adicionar as linhas, nas quais se define a variacao das variaveis domodelo de forma a obter a famılia de pecas.

Ou seja, na caixa de dialogo aberta, existe um editor para a composicaodo elementos que compoe a tabela da famılia de peca. O primeiro passo eusar na barra de ferramentas a opcao Add columns a planilha. A novacaixa de dialogo aberta permite fazer a interacao entre as definicoes e asvariaveis do modelo geometrico e os elementos que vao compor a planilha.Nesta nova caixa de dialogo, um grupo de botoes de radios denominadosde Dimension, Feature, Parameter, Grupo, etc. pode ser selecionado(add item) e claro, serao os elementos da tabela que fara parte da planilha.Assim, escolhendo entre os botoes de radio e a arvore do modelo geometricovai sendo composto a planilha com as variaveis que serao controlados nafamılia. Na Figura 5 e ilustrado a caixa de dialogo para adicao de itens quevao formar as colunas da planilha da famılia de pecas.

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Figura 3: Adicionando itens que vao compor a famılia pecas.

Neste exemplo, escolha primeiro:

• Dimension e selecione as variaveis Bolt dia e Com parafuso.

• Agora clique em Feature e selecione as ”features”HEX, TORX eCHAMFER.

• Por ultimo, selecione o botao Parameter e na tabela de parametrosentre com as linhas Description e Custo.

Terminado a escolha dos elementos que comporao as colunas da planilha,um OK retornara a caixa de dialogo da planilha com a configuracao basicada famılia desejada. Formando a primeira linha da planilha, como ilustraFigura 4.

Figura 4: Forma inicial da planilha da famılia do parafuso

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O segundo passo do processo e similar a construcao de uma planilha:repete-se as linhas desejadas e muda-se o valor das instancias como desejado.O valor das instancias deve ser sempre feito com cuidado. Em elementosde maquinas estuda-se a padronizacao de criacao de famılias atraves de umaserializacao adequada. No caso de parafusos, use uma norma padrao (ABNT,ANSI, ISO) para criar a famılia desejada.

O processo seguinte e verificar se as entidades colocadas na famılia, naoestao em conflito. A ferramenta Verify verifica a compatibilidade parametricados elementos definidos.

O proximo passo e observar as instancias da famılia. Isso e feito atravesda ferramenta Preview.

Uma outra maneira de verificar a criacao dos elementos da famılia e usaro botao Open. Cada elemento da tabela e suas propriedades podem serobservadas no ambiente do sistema CAE/CAD/CAM.

Figura 5: Exemplo de planilha da famılia do parafuso

3 Encadeando estrutura de dados em famılia

de pecas

O exemplo de famılia de pecas descrito aqui, utiliza o recurso de tabe-las aninhadas em conjuncao de parametros e relacoes, a fim de reduzira complexidade da famılia de pecas. Na essencia, a planilha da famıliacontem os parametros, cujos valores ativarao as relacoes que definirao a formageometrica do modelo ou da peca.

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Assim, neste exemplo define-se um procedimento para criacao de umafamılia de parafusos com cabeca de sextavada. Um parafuso deste tipo edefinido pelo comprimento, e se deseja, portanto, que o comprimento sejaa variavel principal, mantendo as outras variaveis constantes. O grupo de-nominado de dimensoes “constantes”, aqui, pode ser dirigido por relacoescriadas na geracao das variaveis da peca.

Figura 6: Renomeando as variaveis para planilha da famılia do parafuso

Comeca-se o processo, criando um parafuso de cabeca sextavada. Asvariaveis que define o parafuso e mostrado na figura 6. Pode-se renomear asdimensoes do parafuso para as variaveis mostradas na figura 6. As variaveispodem ser: Dia, alt cabeca, comp, chanfro, hexa.

Para facilitar a construcao das tabelas aninhadas um conjunto de parametrospode ser criado, para controlar melhor o processo de definicao de famılia.Usando a ferramenta Tools > Parameters cria-se os parametros que vaoser usados para criacao de relacionamentos para a famılia, como mostradona figura 7.

Nesta tabela de parametros foram definidas varias variaveis que acompa-nham o estado da rosca, como material, dureza, tipo e o passo, bem como ovalor do chanfro usado na base do corpo do parafuso.

Agora, com a geometria do parafuso generica pode-se gerar duas famıliasde parafusos uma tendo rosca normal e outra fina. As vezes e mais interes-sante, para o uso da base de dado, separar as duas definicoes de rosca.

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Figura 7: Parametros genericos usados para definicao da famılia de parafusos.

Na planilha da famılia de rosca grossa e especificada a instancia paracada tamanho do parafuso. Veja que neste caso se usa a variavel Tama-nho da rosca, que foi definida como parametro para criacao na definicaogenerica, e sem nenhum valor. Este parametro sera adicionado na planilhada famılia e dado valores diferentes para cada tamanho do parafuso. Isso emostrado na figura 8.

Figura 8: Definicao dos tamanhos de rosca grossa nas planilha de parafuso.

Como mostrado na tabela, o valor do Tamanho da rosca e para roscano sistema ingles com valores de 1/4− 20 ou 3/8− 16 definindo o tamanhodo parafuso (na verdade, o primeiro numero define o tamanho do parafusoe o segundo e numero de fios por polegada). No sistema ingles sempre saousados os dois valores para definir o tamanho do parafuso. As variaveis quecompoem a definicao do parafuso (6) sao controlados por relacoes, como foi

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visto anteriormente. Lembrando que as relacoes sao escritas de uma maneiramais sofisticada como uma linguagem de programacao. Assim, os valores dasdimensoes, tais como o valor Hex, a altura da cabeca sao definidas juntocom as demais variaveis atraves de relacoes da seguinte forma:

chanfro = hex ( Controla o tamanho do chanfro da cabeca hexagonal emrelacao ao tamanho do hexagono para o parafuso.)

chanfro = dia/8.

chanfro = hex ( controla o tamanho do chanfro da cabeca hexagonal emrelacao ao tamanho do hexagono para o parafuso)

chanfro = dia/8.

IF THREAD SIZE ==”1/4-20”(Comeca uma formula de definicao dotamanho do parafuso na planilha)

dia =.250

hex =.437

ENDIF

IF THREAD SIZE==”3/8-16”

dia =.375

hex =.563

ENDIF

As demais dimensoes devem ser adicionadas ao arquivo de relacoes paracompletar a definicao de cada parafuso.

Um terceiro nıvel da planilha de famılia de pecas a partir de um tama-nho do parafuso, atraves da adicao da dimensao comprimento na planilha.Neste exemplo um parafuso definido anteriormente gera uma famılia de pa-rafusos, pelo controle da variavel tamanho.

Este modelo pode ser expandido para definir famılias mais complexasonde o controle dos dados se da em nıveis de relacionamentos.

Como foi visto, esta planilha de famılia de parafusos foi dirigida porsomente uma dimensao. Todas as outras dimensoes sao controladas porrelacoes, mantendo a definicao da famılia simples, pequena e limpa.

Isso mostra o poder desta ferramenta de criacao de famılias usando sis-temas CAE/CAD/CAM. O uso de relacoes substituiu a colocacao de varias

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Figura 9: Definindo o tamanho dos parafusos.

colunas na planilha de controle da famılia. Poderia-se agora, introduzir ou-tras regras e relacoes que pudessem controlar o uso de parafuso a partirde condicoes de carga, material, resistencia e outras propriedades que saoimportantes neste tipo de dimensionamento de projeto.

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