Геометрическое моделирование
Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Апреля 2014 в 17:22, лекция
Описание работы
Вначале мы рассмотрим основные принципы работы с системами двухмерного проектирования (на примере пакета AutoCAD), а затем перейдем к более детальному рассмотрению объемного моделирования (на примере пакета SolidWorks).
Файлы: 1 файл
2. Геометрическое моделирование
2.1. Введение
Одним из наиболее важных этапов проектирования машиностроительных изделий
является этап конструирования. Значимость его не только в том, что на этом этапе форми-
руется концептуальный облик будущего изделия, но и в том, что именно на этапе конст-
руирования создаются математически точные геометрические модели как отдельных де-
талей, так и всего изделия, которые будут играть определяющую роль на всех последую-
щих этапах жизненного цикла изделия.
В настоящее время при проектировании таких сложных изделий как автомобили и
их агрегаты в подавляющем большинстве случаев используется объемное геометрическое
моделирование, в результате которого формируется геометрическая модель объекта про-
ектирования в виде структуры геометрических объектов, расположенных в трехмерном
пространстве. В ряде случаев эта модель может быть непосредственно (без выпуска кон-
структорской документации) использована для получения физического объекта, однако в
большинстве случаев для производства требуется оформление рабочих чертежей деталей,
сборочных чертежей и спецификаций, т.е. конструкторской документации на объект про-
ектирования. Данный вид документации представляет собой набор двухмерных изобра-
жений, создаваемый, как правило, в двухмерных пакетах САПР нижнего уровня или в
подсистемах оформления чертежей САПР среднего и верхнего уровня.
Кроме того, двухмерное моделирование может быть полезно на самых ранних эта-
пах проектирования, когда необходимо быстро представить концепцию разрабатываемого
изделия.
Поэтому вначале мы рассмотрим основные принципы работы с системами двух-
мерного проектирования (на примере пакета AutoCAD), а затем перейдем к более деталь-
ному рассмотрению объемного моделирования (на примере пакета SolidWorks).
2.2. Система автоматизированной разработки чертежей AutoCAD
Система автоматизированной разработки чертежей AutoCAD, постоянно развивае-
мая корпорацией Autodesk – это программный продукт, позволяющий разработчику в ин-
терактивном режиме создавать и изменять машиностроительные, архитектурные, инже-
нерные чертежи, электрические схемы и чертежи множества других разновидностей. Эта
программа, кроме того, обновляет базу данных, сохраняя готовые чертежи и их измене-
ния. Таким образом, работа с системой AutoCAD аналогична использованию текстового
процессора. Единственное отличие в том, что на выходе пользователь получает чертеж, а
не текстовый документ. Как в текстовом процессоре можно очень быстро подготовить но-
1
вый документ на базе существующего, так и в системе автоматизированной разработки
чертежей можно получить новый чертеж, изменив имеющиеся. Преимущества текстового
процессора или автоматизированной системы разработки чертежей трудно оценить при
подготовке абсолютно нового документа или чертежа. Но при изменении существующих
документов и чертежей их преимущества становятся очевидными и неоценимыми.
В последующих разделах мы кратко рассмотрим наиболее типичные функции,
имеющиеся в системе AutoCAD, а практические навыки работы с системой получим в хо-
де выполнения первой лабораторной работы.
2.2.1. Графический пользовательский интерфейс
Система AutoCAD имеет стандартный для Windows-приложений графический
пользовательский интерфейс. После того как вы загрузили систему, у вас на экране по-
явится графическое окно (рис. 2.1), на котором можно выделить четыре функциональные
зоны:
• рабочая графическая зона, непосредственно в которой и происходит создание
чертежа;
• системное меню и панели инструментов;
• командная строка;
• строка состояния.
Рис.2.1
2
2.2.2. Ввод координат
В двухмерном пространстве чертежа AutoCAD точка определяется в плоскости
XY, называемой плоскостью построения, а соответствующая система координат — пря-
моугольной. Значения координат всегда связаны с некоторой системой координат. После
первой загрузки системы в левом нижнем углу появляется пиктограмма WCS (World Co-
ordinate System – мировая система координат). Она направлена следующим образом: ось
ОХ — слева направо, ось OY — снизу вверх, ось OZ — пер-
пендикулярно экрану.
Для удобства работы может быть определена UCS
(User Coordinate System – пользовательская система коорди-
нат), которую можно сдвинуть и/или повернуть под любым
углом относительно WCS. Работа в UCS сопровождается изменением на экране пикто-
граммы системы координат (рис. 2.2). Таких систем координат одновременно может су-
ществовать несколько, и в любой момент возможен переход из одной в другую.
Рис. 2.2
В AutoCAD ввод координат возможен в виде абсолютных и относительных коор-
динат. Ввод абсолютных координат возможен в следующих форматах:
• прямоугольных (декартовых) координат (X, Y);
• полярных координат r < А, где r – радиус, а А – угол от точки начала координат,
заданный в градусах против часовой стрелки.
Относительные координаты задают смещение от последней введенной точки. При
вводе точек в относительных координатах можно использовать любой формат записи в
абсолютных координатах: @dx, dy — для прямоугольных; @r<А — для полярных.
Обратите внимание: AutoCAD запоминает координаты последней введенной точки.
Ввод координат в трехмерном пространстве осуществляется аналогично двухмер-
ному. Только к координатам X и Y добавляется Z. Здесь также можно использовать абсо-
лютные и относительные координаты. В трехмерном пространстве вместо полярных
координат двухмерного пространства используются цилиндрические координаты.
Отображение значений координат
В самом низу экрана находится строка состояния. В ее левом углу выведены теку-
щие координаты. Они изменяются по мере перемещения перекрестия с помощью мыши в
пределах рабочей зоны. AutoCAD позволяет использовать три формата отображения ко-
ординат.
Динамические абсолютные координаты – абсолютные координаты, которые пока-
зывают текущее положение графического курсора на поле чертежа, то есть в системе ко-
ординат чертежа.
3
Статические абсолютные координаты – абсолютные координаты, изменяющиеся
только в момент задания новой точки построения. Индикатор координат в строке состоя-
ния при этом приглушен.
Динамические полярные координаты – полярные координаты, показывающие те-
кущее положение курсора на поле чертежа.
Переключение между режимами отображения значений координат Control-D или
F6.
2.2.3. Полярный и ортогональный режимы
В AutoCAD имеется возможность установить полярный (POLAR) и ортогональный
(ORTHO) режимы, при которых система принудительно проводит линии построения под
различными определенными пользователем углами. Ортогональный режим является част-
ным случаем полярного, при его установке линии направлены вдоль осей координат под
углом 0, 90, 180 или 270 градусов. Установка данного режима также влияет на редактиро-
вание чертежа, так как объекты можно двигать только параллельно осям координат (по
вертикали или горизонтали). Переключение режимов осуществляется с помощью соответ-
ствующих кнопок, расположенных в строке состояния.
2.2.4. Сетка и привязка
Применение вместо клавиатуры мышки для точного ввода координат требует ис-
пользования специальных приемов:
• шаговая привязка (SNAP) – привязка координат к узлам сетки;
• объектная привязка (OSNAP – object snap) – привязка координат к различным
точкам уже созданных объектов.
Шаговая привязка (кнопка SNAP в панели состояния или клавиша F9) позволяет
привязать все точки к узлам сетки с определенным пользователем шагом. Эту сетку мож-
но сделать видимой при помощи кнопки GRID в панели состояния или клавиши F7. При-
сутствие сетки позволяет быстро оценить размеры фрагментов деталей чертежа. Как толь-
ко устанавливается режим шаговой привязки, графический курсор будет передвигаться
только по узлам сетки.
Объектная привязка (кнопка OSNAP в панели состояния или клавиша F3) позволя-
ет задавать новые точки относительно характерных точек уже существующих геометриче-
ских объектов. Объектная привязка очень удобна при черчении и используется практиче-
ски постоянно. От правильной настройки параметров объектной привязки во многом за-
висит правильность и скорость черчения.
Ниже в табл. 2.1. перечислены опции команд объектной привязки.
4
Таблица 2.1. Объектные привязки
Опция
Действие системы
End point
Привязка к ближайшей конечной точке линии или дуги, полили-
нии
Midpoint
Средняя точка таких объектов, как линия, дуга, полилиния
Center
Центр окружности, дуги или эллипса
Node
Привязка к точечному элементу
Quadrant
Привязка к ближайшей точке квадранта на дуге, окружности или эл-
липсе
Intersection
Пересечение двух линий, линии с дугой или окружностью, двух ок-
ружностей и/или дуг сплайнов
Extension
Опция привязки к продолжениям объектов. Помогает пользователю
строить объекты, опираясь на линии, являющиеся временным продол-
жением существующих линий
Insertion
Привязка к точке вставки текста, атрибута, формы, определения
атрибута или блока
Perpendicular Привязка к точке на линии, окружности, эллипсе, сплайне или дуге,
которая образует совместно с последней точкой нормаль к этому
объекту
Tangent
Привязка к точке на окружности или дуге, которая при соедине-
нии с последней точкой образует касательную
Nearest
Привязка к точке на линии, дуге или окружности, которая является
ближайшей к позиции перекрестия
Apparent In-
tersection
Привязка к точке кажущегося пересечения
Parallel
Функция привязки объектов к параллелям, что расширяет возмож-
ности построения объектов, параллельных существующим
2.2.5. Слои
При выполнении чертежей, особенно сложных, в AutoCAD удобно пользоваться
несколькими слоями (layers). В каждом слое необходимо размещать объекты, объединен-
ные каким-либо признаком. Например, в чертеже детали или сборки удобно выделить
слои Толстый, Тонкий, Размеры, Оси, Пунктир, в которых соответственно располагать
основные линии контуров детали, вспомогательные тонкие линии, размеры, осевые ли-
нии, штрихпунктирные линии. В компоновочном чертеже автомобиля удобно назначать
слои по основным системам автомобиля: Двигатель, Трансмиссия, Рама или Кузов, Под-
веска, Колеса и т.д., в которых располагать соответствующие узлы и агрегаты.
Слой может находиться в следующих состояниях:
1) быть активным (текущим) – т.е. слоем, в котором в данный момент производят-
ся графические построения;
2)
быть включенным / выключенным. Если слой выключен, то графические
объекты, находящиеся в нем не видны в поле чертежа.
5
3)
быть замороженным / не замороженным. Эти состояния аналогичны состоя-
ниям включен / выключен с некоторыми нюансами для объектов типа блок.
4)
быть разблокированным / заблокированным. Если слой заблокирован, то на-
ходящиеся в нем графические объекты видимы, но являются недоступными для редакти-
рования хотя и доступны для использования в объектной привязке.
Слой, с которым вы работаете в данный момент, считается активным, тогда как все
остальные слои считаются неактивными. Активный слой не может быть заморожен.
Слои обладают следующими атрибутами: цвет линий, тип линий, толщина линий,
выводится при печати или нет.
2.2.6. Ввод команд
Создание, модификация и различные другие операции с графическими объектами в
AutoCAD осуществляются при помощи выполнения тех или иных команд. В
AutoCAD2000 существует около 800 команд, для которых имеется несколько возможно-
стей их ввода:
•
с помощью системного меню;
•
с помощью контекстного меню;
•
с помощью панели инструментов;
•
с помощью командной строки.
При любом способе ввода введенная команда появляется в командной строке вме-
сте с запросами необходимых данных, а также с возможными для команды опциями, за-
писанными в квадратных скобках. Например, команда для рисования окружности в ко-
мандной строке выводит запрос следующего вида:
CIRCLE Specify center point for circle or [3P/2P/Ttr (tan tan radius)]:
Это означает, что команда CIRCLE просит указать центр окружности или одну из
следующих опций: 3P – построение окружности по трем точкам; 2P – построение окруж-
ности по двум точкам, находящихся на диаметре; Ttr – построение окружности тангенци-
альной к двум объектам и заданной радиусом. Чтобы ввести для команды опцию, необхо-
димо ввести с клавиатуры в командную строку ее первые заглавные буквы.
2.2.7. Основные графические примитивы
Чертеж в AutoCAD состоит из набора так называемых графических примитивов, то
есть первичных графических объектов. Основными графическими примитивами являют-
ся: точка (Point), линия (Line), полилиния (Polyline), дуга окружности (Arc), окружность
(Circle), эллипс (Ellipse), сплайн (Spline), строка текста (Text), многострочный текст (Mul-
tiline Text), штриховка (Hatch), размер (Dimension). Поясним некоторые из них.
6
Полилиния – это составная линия, состоящая из нескольких прямых отрезков и/или
дуг, называемых сегментами. Для каждого сегмента может быть задана своя толщина.
Сплайн – это составная гладкая кривая линия. В AutoCAD сплайн – это квадрат-
ный или кубический неоднородный рациональный В-сплайн (NURBS).
2.2.8. Основные команды рисования
Основные команды рисования, которые наиболее часто используются при создании
чертежей и которые мы изучим на лабораторной работе сведены в табл. 2.2. Доступ к ним
возможен из панели инструментов Draw, пункта меню Draw или через ввод с клавиатуры
в командной строке.
Таблица 2.2
Команда Быстрый
набор
Описание команды
Line
L
Создание отрезка прямой по двум точкам
Arc
A
Создание дуги окружности несколькими способами
Circle
C
Создание окружности несколькими способами
Rectangle
Rec
Создание прямоугольника со сторонами, параллельными осям
координат
Pline
Pl
Создание полилинии
Spline
Spl
Создание сплайна
Polygon
Pol
Создание правильного многоугольника
Ellipse
El
Создание эллипса
Bhatch
H
Создание области штриховки
Dtext
Dt
Создание строки текста
Mtext
T, Mt
Создание многострочного текста
Block
B
Создание блока
Insert
I
Вставка блока
2.2.9. Основные команды редактирования
Основные команды редактирования сведены в табл. 2.3. Доступ к ним возможен из
панелей инструментов Modify, пункта меню Modify или через ввод с клавиатуры в ко-
мандной строке.
Команда Быстрый
набор
Описание команды
Erase
E, клави-
ша Del
Удаление объектов
Copy
Co, Cp
Копирование объектов
Move
M
Перемещение объектов
Rotate
Ro
Поворот объектов
Offset
O
Смещение объектов
Mirror
Mi
Зеркальное отражение объектов
Stretch
S
Вытягивание объектов
Scale
Sc
Масштабирование объектов
Extend
Ex
Продолжение линий, полилиний, сплайнов, дуг
Trim
Tr
Обрезание объектов
7
Chamfer
Cha
Создание фаски
Fillet
F
Создание скругления
Explode
X
Разбить («взорвать») блок, полилинию, многострочный текст,
штриховку, размер
Array
Ar
Создание кругового или линейного массива элементов
Properties
Ch
Открытие окна Properties (Свойства) для объектов с возможно-
стью редактирования их свойств
2.2.10. Работа с блоками
В AutoCAD существует возможность объединить несколько графических объектов
в единую поименованную неразрывную группу, называемую блоком, с которой в даль-
нейшем можно оперировать как с обычным единичным объектом. Применение блоков
удобно при использовании в чертежах множества однотипных элементов. Например, бло-
ками могут быть элементы крепежа – болты, гайки, шайбы; стандартные элементы – под-
шипники, манжеты и т.д. В компоновочных чертежах автомобиля удобно блоками оформ-
лять отдельные агрегаты: двигатель с коробкой передач, раздаточную коробку, мосты,
карданные валы, раму или кузов, водителя и пассажира. Следует отметить, что поскольку
на компоновочном чертеже обычно прорабатывают автомобиль в трех проекциях, для ка-
ждого агрегата необходимо создание трех блоков, соответствующих этим проекциям.
Создание блока происходит при выполнении команды Block, которая вызывает
диалоговое окно Block Definition. В этом окне необходимо задать имя блока, по которому
в дальнейшем он будет доступен; базовую точку, которая используется при вставке блока
в чертеж; и выбрать объекты, включаемые в блок.
Вставка блока в чертеж происходит по команде Insert. В появляющемся диалого-
вом окне необходимо выбрать имя блока, далее указать координаты точки вставки, мас-
штаб и угол поворота блока. Эти параметры могут задаваться как непосредственно в диа-
логовом окне так и в графической области экрана (ставятся соответствующие галочки).
Любой файл AutoCAD может быть использован в качестве блока в другом файле.
При этом именем блока будет имя файла, а базовой точкой блока – положение начала ко-
ординат в файле.
Однажды определенный в файле блок может быть отредактирован на месте вставки
с помощью команд панели инструментов Refedit.
2.2.11. Работа с размерами
Подробно работу с размерами рассмотрим на лабораторной работе, сейчас же ос-
тановимся лишь на основных принципах работы с размерами.
Доступ к командам для работы с размерами возможен или с панели инструментов
Dimension или из одноименного пункта меню.
8
В AutoCAD размер является объектом, подобным блоку, который состоит из не-
скольких графических элементов (рис. 2.3). Как и блок, размер может быть разбит на от-
дельные элементы командой Explode, но делать это категорически не рекомендуется.
Рис. 2.3. Элементы размера
Поскольку оформление размеров в разных странах и стандартах отличается, то в
AutoCAD имеется возможность настройки вида основных графических элементов разме-
ров. Такая настройка осуществляется с помощью так называемых размерных стилей (ко-
манда Dimstyle). Размерный стиль содержит в себе настройки для:
– размерных и выносных линий, стрелок и их взаимного расположения;
– расположения и ориентации отдельных элементов размера и размерного текста;
– параметры отображения размерного текста.
Следует отметить, что с помощью команд панели инструментов Dimension могут на-
носиться не только собственно размеры, но и выноски для позиций, сварные швы, обозна-
чения допусков на форму и расположение поверхностей.
При нанесении размеров часто используются специальные символы, которые наби-
раются с клавиатуры с использованием префикса %%, например:
%%с – значок диаметра ∅;
%%p – знак «плюс-минус» ±;
%%d – значок градуса °.
Правильная настройка размерного стиля – залог эффективной работы в AutoCAD
при оформлении рабочей конструкторской документации.
9
2.2.12. Полезные советы при работе с AutoCAD
1. Создайте свой шаблон чертежа (template) – файл с расширением .dwt, в котором
создайте свои слои и размерные стили. В дальнейшем пользуйтесь этим шаблоном при
создании новых файлов.
2. Вне зависимости от того, в каком масштабе планируется выводить чертеж, чер-
тите изображение объектов в масштабе 1:1. Для помещения изображения в нужный фор-
мат масштабируйте изображение формата. Для правильного отображения размеров ис-
пользуйте настройки размерных стилей.
3. Не применяйте без крайней необходимости команду Explode (Разбить) для раз-
меров и штриховок.
4. Не вводите без крайней необходимости текст размеров вручную – это позволит
избежать ошибок при изменении изображения после простановки размеров. Если необхо-
димо у размера изменить точность его представления или округлить размер, пользуйтесь
для этого командой Properties и соответствующим диалоговым окном.
10
Информация о работе Геометрическое моделирование