ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ

ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА НА КОМПЬЮТЕРЕ

Лабораторный практикум

Часть I

М и н с к 2014

УДК 681.327.(0765)

Лабораторный практикум представляет собой сборник лабораторных работ, предназначенный для практического освоения курса инженерной графики на компьютерах студентами машиностроительных специальностей.

Лабораторный практикум содержит лабораторные работы по основным темам инженерной графики, изучаемым в первом семестре. Практикум окажет помощь студентам в освоении инженерной графики с использованием нового средства моделирования – персонального компьютера, но может быть использован студентами других специальностей, специалистами, магистрантами и аспирантами, преподавателями, не знакомыми с компьютерным геометро-графическим моделированием.

Содержание

Введение ……………………………………………………………... 5

1.Лабораторная работа № 1. Построение и расчет длины

пространственной линии ….…..…………………………………………. 6

1.1 Введение …………………………………………………………………......

1.2 Порядок выполнения работы ……………………………………………

1.3 Построение модели ломаной линии …………………………………….

1.4 Расчет длины ломаной линии …………………………………..............

1.5 Построение твердотельной модели прутка …………………………

1.6 Расчет выходных параметров модели проволочной

конструкции ……………………………………………………………………..

1.7 Выводы. Варианты заданий ……………………………………………..

2.Лабораторная работа № 2. Пересечение плоскостей ………….. 21

2.1. Введение ……………………………………………………………………...

2.2. Порядок выполнения работы ……………………………………………

2.3. Построение моделей плоскостей ………………………………………

2.4. Построение линии пересечения плоскостей …………………………

2.5. Выводы. Варианты заданий …………………………………………….

3.Лабораторная работа № 3. Построение плоских

графических моделей сопряжений …………………………………...… 29

3.1. Введение ……………………………………………………………………..

3.2. Порядок выполнения работы……………………………………………

3.3. Построение контура……………………………………………………..

3.4. Доработка ………………………………………………………………….

3.5. Вставка формата ………………………………………………………..

3.6. Выводы. Варианты заданий …………………………………………....

4. Лабораторная работа № 4. Построение проекционных

чертежей …………………………………………………………………… 44

4.1. Введение …………………………………………………………………….

4.2. Порядок выполнения работы …………………………………………...

4.3. Построение чертежа ……………………………………………………

4.4. Выполнение разрезов ……………………………………………………..

4.5. Оформление чертежа …………………………………………………...

4.6. Вставка формата ………………………………………………………..

4.7. Заполнение основной надписи ………………………………………….

4.8. Выводы. Варианты заданий …………..……………………………….

5. Лабораторная работа № 5. Построение трехмерных

каркасных моделей ...…………………………………………………… 61

5.1. Введение …………………………………………………………………..

5.2. Порядок выполнения работы ………………………………………...

5.3. Построение модели …………………………………………………….

5.4. Выводы. Варианты заданий ………………………………………….

6. Лабораторная работа № 6. Трехмерное твердотельное

моделирование ……………………………………………………….… 74

6.1. Введение ………………………………………………………………….

6.2. Порядок выполнения работы ………………………………………..

6.3. Построение модели ……………………………………………………

6.4. Выводы. Варианты заданий ………………………………………….

7. Лабораторная работа № 7. Построение чертежа по его

трехмерной модели ……………………………………………………. 92

7.1. Введение ………………………………………………………………….

7.2. Порядок выполнения работы ………………………………………..

7.3. Загрузка и изучение модели …………………………………………..

7.4. Построение проекционного чертежа ……………………………..

7.5. Формирование чертежа ……………………………………………...

7.6. Оформление чертежа ………………………………………………...

7.7. Выводы. Варианты заданий ………………………………………….

8. Лабораторная работа № 8. Построение развертки

поверхности пирамиды ……………………………………………… 108

8.1. Введение ………………………………………………………………….

8.2. Порядок выполнения работы ………………………………………..

8.3. Построение модели пирамиды ……………………………………...

8.4. Построение развертки поверхности пирамиды ………………...

8.5. Выводы. Варианты заданий ………………………………………….

9. Лабораторная работа № 9. Построение развертки …………124

9.1. Введение ………………………………………………………………….

9.2. Порядок выполнения работы ………………………………………..

9.3. Ознакомление с программами ………………………………………..

9.4. Построение развертки воронки ……………………………………..

9.5. Оформление развертки ………………………………………………..

9.6. Выводы. Варианты заданий ………………………………………….

10. Лабораторная работа № 10. Построение моделей

винтовых изделий ……………………………………………………. 135

10.1. Введение ………………………………………………………………….

10.2. Порядок выполнения работы ………………………………………..

10.3. Построение модели винтовой пружины ………………………….

10.4. Сохранение модели пружины ………………………………………..

10.5. Построение модели стержня с резьбой …………………………..

10.6. Выводы. Варианты заданий ………………………………………….

11. Информационно-методическая часть ………………….…149

Введение

Подготовка современного инженера любой специальности и специализации предполагает приобретение студентами знаний и умений в области инженерной графики, как основы технической грамотности, обеспечивающей условия коммуникации, профессиональной производственной, проектной, исследовательской, творческой деятельности.

В современных условиях непрерывного ускоренного совершенствования техники и технологии, бурного развития средств информационных технологий и компьютерных методов обработки графической информации все более возрастает востребованность специалистов в областях промышленности, строительства, других областях деятельности, свободно владеющих и использующих системы инженерной компьютерной графики в профессиональной деятельности.

Традиционная инженерная графика уже трансформируется в инженерную геометрию и компьютерную графику. Так уже сегодня именуется новая специальность подготовки специалистов второго уровня высшего образования (магистратуры). Это название мы бы уточнили так: инженерная геометрия и компьютерное моделирование, что в полной мере соответствовало бы ее содержанию.

Принципиально новые возможности геометрического моделирования открывает трехмерное компьютерное гометро-графическое моделирование, на основе которого совершенствуются методы решения инженерных геометрических задач.

Таким образом, пути развития инженерной геометрии и графики очевидно связаны с трехмерным геометро-графическим моделированием, освоению которого студентами технических вузов, посвящено настоящее учебное издание.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Порядок выполнения работы

Выполнение работы начинается с построения модели (в случае ее отсутствия). Модель строится последовательно по звеньям на основании трехмерных координат узловых (опорных) точек, где изменяется направление следующего звена.

Рекомендуется сначала всей группой выполнить построение одной рассмотренной ниже модели под руководством преподавателя, а затем каждому студенту выполнить свой вариант самостоятельно.

Расчет длины ломаной

Построение модели любого проектируемого или исследуемого объекта в компьютерном геометро-графическом моделировании является наиболее трудоемким и важным этапом. От правильности построения и исчерпываемости параметров модели полностью зависит результат процесса моделирования.

Трехмерная компьютерная геометро-графическая модель, в отличие от традиционной графической модели, является не расчетной схемой, а источником информации для выполнения любых преобразований, геометрических и инженерных расчетов.

В нашей задаче расчет длины пространственной ломаной линии сводится (после построения ее точной модели) к формальному запросу результата построений, т.к. все необходимые расчеты выполняются автоматически по мере построения модели и могут быть использованы для различных целей.

Таким образом, длина нашей ломаной линии определяется следующим образом:

Раздел меню – “Сервис”

Команда: Сведения > Список

Выберите объекты: указать курсором модель, Enter

Происходит автоматическое переключение в текстовое окно, где видны результаты расчетов модели, в том числе интересующая нас длина ломаной (выделена). См. рис. 4.

Рис. 4

Формально задача решена, однако реальные инженерные задачи сложнее. Так трубопроводы, электропроводы, изогнутые прутки и т.д. имеют более сложную форму и состоят как из прямолинейных, так и изогнутых участков. Причем участки могут иметь разные радиусы изгибов, разные направления (углы наклона).

Алгоритм решения задачи определения длины плоских объектов практически не отличается от рассмотренного. Построение модели при этом ведется с использованием команды “Полилиния”. При этом, если криволинейные участки (дуги) имеют постоянные значения радиусов скруглений, можно сначала построить ломаную полилинию состоящую из отрезков, а затем с помощью команды редактирования полилинии во всех ее вершинах (узловых точках) построить радиусы сопряжений звеньев. После построения модели длина полилинии (построенной плоской модели) определяется с помощью команды “Сведения” > Список или “Сведения” > Площадь раздела меню “Сервис”.

При решении аналогичной пространственной задачи, модель создается из отдельных звеньев, длина каждого из которых определяется по центральной (нейтральной) линии, а затем суммируется по всему объекту. При этом можно построить целостную твердотельную модель рассматриваемого объекта, объединив все сегменты, с определением ее массы, объема и других параметров.

Рассмотрим процесс построения трехмерной твердотельной модели проволочной конструкции на основе уже построенной ломаной линии.

Пересечение плоскостей

Цель работы:

- cформировать у студентов представления и первоначальные навыки построения на ПК (персональных компьютерах) пространственных моделей плоских фигур по координатам их узловых точек и линии их пересечения

Задачи:

- ознакомить студентов с возможностями построения на ПК

пространственных моделей плоских фигур;

- освоить методику, особенности и преимущества компьютерных методов создания моделей плоских фигур и их пересечений;

- закрепить знания, полученные в предыдущих лабораторных работах, развить умения и навыки практического построения на ПК моделей плоских фигур.

Введение

Традиционные способы решения пространственных геометрических задач основаны на аналитическом либо графическом методах. Первый способ относится к использованию чисто математических методов решения, т. е. составлению и решению систем уравнений плоскостей. В результате, такое решение как правило требует геометрической интерпретации, т. к. оно не обладает наглядностью.

Второй традиционный способ решения основан на использовании методов начертательной геометрии. Все начальные и промежуточные построения выполняются на базе проекционного чертежа. Этот способ предоставляет значительно большую наглядность при решении, обладает вполне определенной логикой, позиционной полнотой, но и некоторой метрической неопределенностью, в связи с ограничениями по точности выполнения построений.

Такие очевидные недостатки обоих способов решения задачи могут быть устранены с использованием компьютера, особенно с разработкой компьютерных программ.

Наиболее эффективным способом решения подобных задач может быть способ, основанный на принципиально новых методах в современных системах трехмерного компьютерного геометро-графического моделирования. Преимущества этих методов очевидны, поскольку построения выполняются непосредственно по трехмерным координатам в квазиреальном (виртуальном) трехмерном пространстве. Решения основаны на точных, весьма наглядных геометрических построениях, выполняемых человеком в интерактивном режиме, а необходимые вычисления выполняются методами вычислительной геометрии в “скрытой”, внутренней форме. При этом предполагается простой запрос как промежуточных, так и окончательных данных в виде решения задачи, а также построение результата в фотореалистическом и любом другом графическом виде.

Решение задачи на построение линии пересечения плоскостей начинается с построения модели условия задачи. Поскольку плоскости заданы в форме трехмерных координат узловых точек плоских геометрических фигур, модель можно строить непосредственно задавая координаты узловых точек. Построив заданные фигуры, можно создать на их основе модели трехмерных твердотельных пластин минимальной толщины. Выполняя одну из булевых операций (сложения) объемов пластин, автоматически получаем решение задачи в виде построения линии пересечения пластин (вместо абстрактных плоскостей).

Геометрические параметры построенной линии пересечения можно запросить и использовать, например, при решении более сложных задач.

Последовательность решения по приведенному алгоритму приведена ниже.

Порядок выполнения работы

Выполнение работы начинается с построения модели условий задачи. Модель строится последовательно. По трехмерным координатам узловых (опорных) точек строятся пересекающиеся фигуры, задающие плоскости.

Рекомендуется сначала всей группой выполнить построение одной рассмотренной ниже задачи под руководством преподавателя, а затем каждому студенту выполнить свой вариант самостоятельно.

2.3. Построение моделей плоскостей

Перед началом построений следует установить (проверить) текущие параметры системы: пространство модели, текущую систему координат, пределы создания и отображения модели.

Раздел меню – “Сервис” > Новая ПСК > МСК

Раздел меню – “Формат”

Команда: Лимиты

Левый нижний угол: 0,0

Правый верхний угол: 420,297

Далее установить отображение пределов на экране. Раздел меню – “Вид”

Команда: Зуммирование > Все

Построения начинаем в текущей горизонтальной плоскости построений Мировой (абсолютной) системы координат.

Раздел меню – “Рисование”

Команда: 3D полилиния

Начальная точка полилинии: 105,65,85 Enter (координаты начальной точки треугольника согласно таблице данных)

Конечная точка отрезка: 0,25,25 Enter (см. таблицу)

Конечная точка отрезка: 75,15,5 Enter

Конечная точка отрезка: Замкнуть (завершили построение треугольника)

См. рис. 1.

Строим четырехугольник

Раздел меню – “Рисование”

Команда: 3D полилиния

Начальная точка полилинии: 85,70,0 Enter

(координаты начальной точки четырехугольника

согласно таблице данных)

Конечная точка отрезка: 120,35,15 Enter

Конечная точка отрезка: 35,15,75 Enter

Конечная точка отрезка: 0,50,60 Enter

Конечная точка отрезка: Замкнуть Enter (завершили

построение четырехугольника)

См. рис. 2. Рис. 1

Рис. 2

Выводы. Варианты заданий

Рассмотренная методика построения моделей плоскостей и линии их пересечения позволяет на конкретном примере освоить последовательность и принципы создания в виртуальном трехмерном пространстве модели рассматриваемой задачи.

После освоения методики построения модели и решения задачи на рассмотренном примере, для закрепления полученных знаний, рекомендуется каждому студенту самостоятельно решить свой вариант. Варианты можно использовать из сборника графических заданий: П.В. Зеленый, Е.И. Белякова Инженерная графика. Практикум. –Минск, БНТУ, 2011 с.41 (для удобства приведены в Приложении 2).

Примечание: для вариантов, в которых одна из плоскостей должна быть

построена в виде четырехугольника, одна из координат не задана. В этом случае следует построить две стороны четырехугольника и достроить (копированием) две другие.

Приложение 2

Варианты заданий

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Порядок выполнения работы

Выполнению работы по построению конкретного плоского контура с использованием компьютерной моделирующей системы Автокад, должно предшествовать предварительное изучение, или хотя бы ознакомление студентов с базовыми возможностями выполнения построений и редактиро-вания. Ознакомившись с интерфейсом системы, структурой различных меню, особенностями ввода команд и данных, использованием возможных режимов, влияющих на процесс создания модели, методами управления отображением, управлением системами координат, можно приступать к построению модели.

Рекомендуется сначала всей группой выполнить построение одного контура, рассмотренного ниже под руководством преподавателя, а затем каждому студенту выполнить свой вариант самостоятельно.

Итак, рассмотрим поэтапное построение модели плоского контура с преимущественным использованием сопряжений. Заметим, что последова-тельность действий при построении модели не является жестко фиксированной, однако, в целях формирования единой методики, рекомендуется первый пример выполнить в предлагаемой последовательности и в соответствии с указанными этапами.

Построение контура

3.3.1.Очерковые линии

После загрузки системы, на экране ПК появляется рабочее поле для создания модели, интерфейс пользователя (система меню) и приглашение к работе – “Команда:” в текстовом окне. На начальном этапе освоения методов работы с системой, рекомендуется использовать для ввода команд стандартное меню (вторая строка сверху).

Перед началом построений следует установить (проверить) пределы создания и отображения пространства модели. Раздел меню – “Формат”

Команда: Лимиты

Левый нижний угол: 0,0

Правый верхний угол: 420,297

Далее установить отображение пределов на экране. Раздел меню – “Вид”

Команда: Зуммирование – Все

Приступаем к построению очерковых линий. Проверяем, включен ли режим ортогонального черчения. Меню режимов. Режим ОРТО должен быть включен (кнопка утоплена). Далее - Раздел меню – Рисование

Команда: Отрезок

Первая точка – указывается на экране произвольно

Следующая точка – см. рис.1. Завершаем построение – Enter

Рис. 1. Очерковые линии

3.3.2. Параллельные линии контура

Используя команду Подобие (раздел меню

“Редакт”), строим параллельные фрагменты контура

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 100

Выберите объект для смещения: нижний отрезок

Сторона смещения: указать точку курсором выше

Аналогично строим отрезки со смещением 10мм

См. рис. 2. Рис. 2

3.3.3. Оси окружностей

Строим осевые линии нижних окружностей

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 50

Выберите объект для смещения: указать правый отрезок

Сторона смещения: указать точку курсором слева Рис. 3

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 20

Выберите объект для смещения: указать нижний отрезок

Сторона смещения: указать точку курсором выше

См. рис. 3

3.3.4. Окружности

Строим окружности внизу контура

Команда: Круг (меню Рисование) >

Центр, диаметр

Команда: Центр круга: указать объектной

привязкой точку пересечения осей

Диаметр круга: 20

Команду повторить и отрисовать второй круг

диаметром 40 мм.

См. рис.4. Рис. 4

Строим осевые линии верхних окружностей

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 60

Выберите объект для смещения: указать правый крайний отрезок

Сторона смещения: указать точку курсором слева

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 150

Выберите объект для смещения: указать

нижний отрезок

Сторона смещения: указать точку курсором выше Рис. 5

См. рис.5.

Строим окружности вверху контура

Команда: Круг (меню “Рисование”) >

Центр, диаметр

Команда: Центр круга: указать объектной

привязкой точку пересечения осей

Диаметр круга: 15

Команду повторить и отрисовать второй

Круг диаметром 30мм. Рис. 6 См. Рис. 6.

Строим осевые линии левых окружностей

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 90

Выберите объект для смещения: указать

правый крайний отрезок

Сторона смещения: указать точку курсором слева

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 80

Выберите объект для смещения: указать

нижний отрезок

Сторона смещения: указать точку курсором выше

См. рис.7.

Рис. 7

3.3.5. Копирование окружностей

Копируем нижние окружности

Команда: Копировать (раздел меню “Редакт”)

Выберите объекты: указать прицелом

нижние окружности

Базовая точка: указать объектной

привязкой точку пересечения осей или центр

Вторая точка: указать объектной

привязкой точку пересечения осей

Вторая точка: Enter.

См. рис.8 Рис. 8

3.3.6. Внутреннее сопряжение

Строим внутреннее сопряжение R100

Команда: Круг (меню “Рисование”) >

2 точки касания, радиус

Укажите точку на объекте, задающую

первую касательную: указать курсором

точку на окружности диаметром 30мм

Укажите точку на объекте, задающую

вторую касательную: указать курсором

точку на окружности диаметром 40мм Рис. 9

Радиус круга: 100. См. рис. 9.

Усечение окружности

Выполняем отсечение лишней части окружности сопряжения

Команда: Обрезать (меню “Редакт”)

Выберите объекты: курсором указать

границы обрезки (окружности диаметром

30мм и диаметром 40мм)

Выберите объекты: завершить выбор

границ -Enter,

указать ненужную часть окружности,

Завершить работу команды - Enter.

См. рис. 10

Рис. 10

3.3.7. Наружные сопряжения

Строим наружные сопряжения R30 и R40

Команда: Сопряжение (меню “Редакт”)

Выберите первый объект или…: ввести

опцию раДиус (букву Д)

Радиус сопряжения: 30

Выберите первый объект: указать курсором

точку касания на окружности диаметром 30мм

Выберите второй объект: указать курсором точку на сопрягаемом отрезке

Аналогично построить второе сопряжение.

См. рис. 11.

Рис. 11

2.3.8. Эквидистанта

Строим эквидистанту сопряжению R40

Команда: Подобие (меню “Редакт”)

Укажите расстояние смещения: 10

Выберите объект для смещения: курсором

указать дугу R40

Укажите точку, определяющую сторону

смещения: курсором указать точку внутри контура

Enter.

См. рис. 12 Рис. 12

Строим внутренние сопряжения R10

Команда: Сопряжение (меню “Редакт”)

Выберите первый объект или…: ввести

опцию раДиус (букву Д)

Радиус сопряжения: 10

Выберите первый объект: указать курсором

один из сопрягаемых отрезков в правом

верхнем углу внутреннего контура

Выберите второй объект: указать курсором

второй отрезок

Аналогично построить все сопряжения R10.

См. рис. 13.

Рис. 13

3.4. Доработка

Достраиваем контур, укорачиваем осевые линии. Не используя команд, редактируем чертеж с помощью “ручек”.

Курсором, последовательно выбираем

отрезки, затем указываем их конечные точки

и, при включенном режиме “ОРТО”,

указываем их новые положения на чертеже

визуально. При достраивании контура

используем объектную привязку.

См. рис. 14

Рис. 14

Типы линий

Изменяем тип осевых линий на

штрихпунктирные.

Для изменения используем панель инструментов

“Свойства” > “Типы линий” > “Другой” >

“Загрузить” > “Осевая”.

Далее, курсором выбираем все осевые линии

и устанавливаем в меню “Свойства” тип

линий “Осевая”.

См. рис.15.

Рис. 15

Толщины линий

Изменяем толщину контурных линий.

Для изменения курсором выбираем все

контурные линии и, используя панель

инструментов “Свойства” > “Веса линий”,

устанавливаем нужную толщину по меню.

Для отображения толщин линий на

экране включаем режим “ВЕС”.

См. рис. 16.

Рис. 16

Размеры

Проставляем необходимые размеры, используя команды меню

“Размеры”.

Рекомендуется, перед простановкой размеров, настроить параметры

через диалоговое окно “Диспетчер размерных стилей” в меню “Размерные стили”. Результат простановки размеров см. на рис.17.

Рис. 17

Вставка формата

Формат чертежа вставляем как блок (меню “Вставка”) с расчленением для редактирования основной надписи. См. рис18.

Рис. 18

3.6. Основная надпись

Для оформления основной надписи чертежа рекомендуется использовать команду “Редактировать” (меню “Редакт” > “Объекты” > “Текст”). См. рис. 19.

Рис. 19

Сохранение чертежа

Для сохранения чертежа используем команду “Сохранить как…” (меню “Файл”). Чертеж сохраняем в файле: D:/Студенты/№группы/Фамилия/Сопряжения_№варианта с полным отображением. См. рис. 20.

Рис. 20

3.7. Выводы. Варианты

В результате выполнения работы, студенты осваивают методику эффективного построения плоских контуров методом редактирования в среде компьютерного моделирования Автокад. Полученные сведения требуют закрепления и углубления на различных примерах практического построения на ПК плоских изображений для дальнейшего освоения более сложных моделей.

После освоения методики построения плоского контура всей группой на рассмотренном примере, для закрепления полученных знаний, рекомендуется каждому студенту самостоятельно построить свой вариант. Варианты можно использовать из сборника графических заданий: П.В. Зеленый, Е.И. Белякова Инженерная графика. Практикум. –Минск, БНТУ, 2011 с.152-155 или по индивидуальным карточкам – заданиям по теме “Сопряжения”. Для удобства задания приведены в Приложении 3.

Порядок выполнения работы

Выполнению работы по построению конкретного комплексного проекционного чертежа с использованием комп