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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ – PROGRAMA DE PÓSGRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DA PRODUÇÃO (PPGEP)
MANUFATURA AUXILIADA POR
COMPUTADOR
PROF.: Dalberto Dias da Costa
Lab. Usinagem – Departamento de Engenharia
Mecânica
Ementa: (Unidades didáticas):
Modelagem de sólidos e superfícies. Modelagem por B-rep, triângulos e nuvem de pontos.
Formatos abertos para representação e transferência de modelos geométricos (STEP e STL).
Sistemas CAD. Sistemas CAM (fabricação e inspeção). Prototipagem rápida (manufatura por
camadas).
BIBLIOGRAFIA
Chang, TC, Wysk, Wang, HP. Computer-Aided manufacturing. Prentice Hall,
1998
Lee, K. Principles of CAD/CAM/CAE systems. Addison-Wesley, 1999
Groover, M. P. CAD/CAM : computer-aided design and manufacturing.
Englewood Cliffs : Prentice, 1984.
Zeid, I. Mastering CAD/CAM. McGraw-Hill Science/Engineering/Math. 2005
Mäntylä, M. An Introduction to Solid Modeling. Computer Science Press.
1988
Revistas especializadas:
Computer Integrated and Robotics in Manufacturing;
Computer-Aided Design;
Computers in Industry;
International Journal of Advanced Manufacturing Technology
Rapid Prototyping Journal.
PROGRAMA
Semana
Data
Assunto
Apresentação da disciplina – ementa, bibliografia, forma de avaliação e infraestrutura
1
11/jun
2
18/jun
3
25/jun
4
5
6
7
8
9
2/jul
9/jul
16/jul
23/jul
30/jul
6/ago
10
13/ago
11
20/ago
12
Modelagem geométrica em sistemas CAD
Análise dos formatos DXF; STEP e STL utilizados na modelagem 2D e 3D. Primeiro
Trabalho (T1): Desenvolvimento de uma interface em MS-Visual Basic para
recuperação de informações geométricas. Inicio do primeiro trabalho (T1)
Continuação do primeiro trabalho (formato STL)
Continuação do primeiro trabalho (formato DXF)
Recesso
Recesso
Continuação do primeiro trabalho (formato STEP)
Finalização do primeiro trabalho (T1)
Apresentação e avaliação do primeiro trabalho (T1). Entrega de artigo sobre tema
escolhido (T2). Sistemas CAD/CAM comerciais: exercício sobre modelagem e
simulação da usinagem de um dado componente
Modelagem geométrica por digitalização de superfícies: introdução à máquina de
medir por coordenadas e ao software PC-Dmis
Adaptação de modelos digitalizados, planejamento e simulação da sua usinagem (T3)
27/ago
13
3/set
Continuação tópico anterior
Forma de Avaliação: três trabalhos (T1,T2 e T3)
T1: Interface em MS Visual Basic para extração de informações geométricas nos formatos STEP, STL e DXF.
T2: Preparar artigo sobre tema selecionado (veja os temas sugeridos abaixo).
T3: Engenharia reversa de um componente a ser definido em aula: modelagem, planejamento, simulação e usinagem.
[1]
Artigo deverá ser enviado por e-mail
MODELAGEM DOS PRODUTOS
PRODUTO X COMPONENTE
Fonte: www.howstuffworks.com/engine.htm
Fonte: www.eaton.com.br/automotive
MODELAGEM DE UM COMPONENTE
INFORMAÇÕES
TECNOLÓGICAS
GEOMETRIA
•Forma
•Dimensões
•Material
•Tratamento das
superfícies
•Textura
•Propriedades
mecânicas/elétricas
•Tolerâncias
geométricas e
dimensionais
•Quantidade ...
MODELAGEM GEOMÉTRICA
MODELOS
FÍSICOS (JÁ
EXISTENTES)
CRIAÇÃO
Modelos
físicos
(Esculturas)
Desenho e
dimensionamento
manuais
Desenho e
dimensiona
mento em
sistemas
CAD/CAE
Engenharia reversa (digitalização e
adaptação)
Geometria
Computacional
Representações
Modelagem
Digital
Estrutura de
dados e
Formatações
Entidades
Geométricas
MODELAGEM DIGITAL
ELEMENTOS GEOMÉTRICOS BÁSICOS
(ponto, linha, círculo, cônicas, arcos e
polígonos simples)
Interseções,
arredondamentos,
recortes, splines, offsets
Básicos e/ou
poliedros
sólidos
Imagens ou nuvem de
pontos
Entidades 2D complexas (polígonos
complexos; contornos; curvas de forma
livre,..)
Extrusão
 Rotação
Varredura
 Loft
Transformações 2D (rotação,
translação, escala
espelhamento, cisalhamento)
superfícies
Analíticas e/ou
Polinominas
(NURBS)
Espessamento; offset;
arredondamentos; ...
União, interseção,
subtração,
features, cascas
arredondamentos, ...
Sólidos
complexos ou
montagens
REPRESENTAÇÕES
Decomposição – um conjunto de pontos é
representado como uma coleção de objetos simples
combinados por uma operação de “colagem”.
Construção – um conjunto de pontos é
representado por uma combinação de conjuntos
primitivos de pontos. Cada primitivo é representado
como uma instância de um tipo de sólido primitivo.
Fronteiras – um conjunto de pontos é representado
por meio de sua fronteira. A fronteira de um
conjunto tridimensional de pontos é uma superfície
bidimensional que usualmente é representada como
uma coleção de faces.
 Martti
Mäntylä – An introduction to solid modelling
DECOMPOSIÇÕES
ENUMERAÇÃO
ESPACIAL
O espaço ocupado pelo sólido é
preenchido por pequenos cubos
(voxels)
DECOMPOSIÇÃO EM
CÉLULAS
O espaço ocupado pelo sólido é
definido pela colagem de pequenas
células (formas diferentes)
Construtive Solid Geometry (CSG)
diferença
cilindro
união
cubo
esfera
Árvore CSG
Boundary representation (B-rep)
Fonte: T-C Cahng & Wysk
ENTIDADES GEOMÉTRICAS
ENTIDADE
MODELO MATEMÁTICO
PONTO
R3 - (x,y,z)
Linha (reta)
R3
Círculo
x
x 
x  x  

x y R
2
Cruvas (Bezier cúbica)
Representação computacional ???
2
1
2
2
2



y
y
1


y
y
2
2


 

z
z
1


X  R cos( )
Y  Rsen( )
z 
z 
2
2
ESTRUTURA DE DADOS E FORMATOS
ACIS
B-rep
CAD-kernel
PARASOLID
FORMATOS
*Proprietários fechados (ex: sldprt, dwg)
*Proprietários abertos (ex: dxf, stl)
*Neutros (ex: IGES, STEP)
B-rep – arquivo em formato STEP
(Standard for the Exchange of Product model data)
http://www.steptools.com/library/fundimpl.pdf
STL (Standard Tessellation Language)
ENGENHARIA REVERSA
(DIGITALIZAÇÃO POR CONTATO)
Nuvem de pontos
Coordenadas cartesianas
X
Y
Z
125,123
129,851
15,85
124,355
145,135
15,85
123,665
151,857
15,85
122,324
158,458
15,85
121,785
164,477
15,85
ENGENHARIA REVERSA
(DIGITALIZAÇÃO SEM CONTATO)
ENGENHARIA REVERSA
(NUVEM DE PONTOS E MODELAGEM 3D)
Processamento de imagens
Pré-processamento
Detecção de bordas
Segmentação
Vetorização
Segmentação de imagens médicas
utilizando o software Mimics –
Fonte: Bazan, 2004

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