Главная Случайная страница


Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Трехмерное твердотельное моделирование

 

 

 

Цель работы:

- cформировать у студентов представления и первоначальные навыки

построения на ПК (персональных компьютерах) трехмерных

твердотельных геометро-графических моделей комбинированных

геометрических тел, образованных пересечением простых геометрических тел.

Задачи:

- ознакомить студентов с возможностями построения на ПК трехмерных

твердотельных геометро- графических моделей комбинированных

геометрических тел;

- освоить методику, особенности и преимущества компьютерных методов создания моделей проектируемых изделий на примере построения трехмерных твердотельных моделей;

- закрепить знания, полученные в предыдущих лабораторных работах и

развить умения и навыки практического выполнения на ПК трехмерных моделей комбинированных геометрических тел.

6.1. Введение

Современные тенденции развития мировой науки, техники и технологии предполагают повышение уровней комплексной автоматизации на всех этапах создания новых изделий - проектирования, производства и управления за счет использования информационных технологий (ИТ). Преимущества применения ИТ очевидны на всех этапах человеческой деятельности, но их начало должно лежать прежде всего в интеллектуальной сфере.

Безусловно, творческая деятельность любого специалиста не может быть заменена работой компьютера, однако, общеизвестно, что любой, даже высокоинтеллектуальный труд, содержит массу часто повторяющихся, трудоемких рутинных процедур. Именно здесь, в первую очередь, где они дают максимальный эффект, необходимо использовать помощь ИТ.

Общеизвестно, что инженерная деятельность максимально связана с документацией, в первую очередь конструкторской. Традиционно используе-мые чертежи, и чертежи, выполненные на ПК, зачастую мало чем отличаются. То есть, вся используемая информация – только на бумаге. Такой традиционный подход происходит от неумения видеть разницу между проекционным чертежом со всеми его атрибутами (размерами, допусками, текстовыми пояснениями и техническими требованиями) и виртуальной геометро-графической моделью – описанием в численной форме параметров рассматриваемой делали или изделия.

Разработка традиционного чертежа регламентирована стандартами ЕСКД и основана на традиционной технологии вычерчивания, без учета возможностей компьютерного геометро-графического моделирования. Такая технология исходит из невозможности построения точной модели как плоской, так и (тем более!) пространственной. Отсюда необходимость разработки чертежа как минимум в двух проекциях, простановки размеров, допусков, значений шероховатости поверхности, условностей, текстовых пояснений и др.

Компьютерное геометро-графическое моделирование основано на построении, а не вычерчивании точной модели, основанием для которой являются исходные параметры, полученные на основании расчетов и геометрических законов. Необходимые геометрические параметры, в том числе размеры для изготовления деталей по такой модели могут быть извлечены из численного и графического описания модели в любом сочетании, что дает возможность не учитывать конкретной технологии.

К сожалению, сегодня не существует еще нормативных документов, регламентирующих разработку документации в такой форме. Это будущее в развитии методов проектирования, но его необходимость уже очевидна, т.к. вслед за совершенствованием методов проектирования видно совершенствование методов изготовления и управления производством (технологии, основанные на использовании оборудования с программным управлением, автоматизированные системы контроля и управления и т.п.).

Лабораторная работа знакомит студентов с основами компьютерного трехмерного твердотельного геометро-графического моделирования на персональных компьютерах в пределах возможностей системы компьютерного моделирования "Автокад".

В работе рассматриваются основные методы построения компьютерных моделей трехмерных твердотельных геометро-графических моделей (ГГМ) комбинированных геометрических тел, традиционно выполняемых в виде проекционных комплексных чертежей. Описана методика создания таких моделей на конкретном примере, с подробными пояснениями и рекомендациями.

 

6.2. Порядок выполнения работы

Выполнению работы по построению трехмерной модели

комбинированного геометрического тела, с использованием компьютерной моделирующей системы Автокад, должно предшествовать предварительное изучение, или хотя бы ознакомление студентов с базовыми возможностями выполнения построений и редактирования. 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 комбинированного геометрического тела, рассмотренного ниже под руководством преподавателя, а затем каждому студенту выполнить свой вариант самостоятельно.

Итак, рассмотрим поэтапное построение модели трехмерного комбинированного геометрического тела, приведенного на обложке по его чертежу.

Заметим, что последовательность действий при построении модели не является жестко фиксированной, однако, в целях формирования единой методики, рекомендуется рассмотренный пример выполнить в предлагаемой последовательности и в соответствии с указанными ниже этапами.

После приобретения некоторого опыта, каждому студенту необходимо выполнить построение своего варианта ГГМ под руководством преподавателя.

 

6.3. Построение модели

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) 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.

Приступаем к построению осевых 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, повторяем команду – Enter

Первая точка: произвольно

Следующая точка: см. рис.1.

Завершаем построение – Enter, повторяем команду – Enter

Первая точка: указываем объектной привязкой точку пересечения осей

Следующая точка: @0,0,100

Завершаем построение – Enter, см. рис.1а.

Затем, для дальнейших построений, рекомендуется установить отображение координатных осей в виде их аксонометрической проекции на плоскость экрана с помощью

Раздел меню – “Вид” > 3М орбита

или соответствующей пиктограммы в панели инструментов, повернуть курсором оси вместе с пиктограммой отображения координатных осей, удерживая левую клавишу мыши до положения, как показано на рис. 2.

Эта процедура требует определенных навыков управления отображением модели в трехмерном виртуальном пространстве, поэтому рекомендуется ей уделить внимание и время.

Рис. 1а

Рис. 1

Дальнейшие построения выполняем в таком отображении. При необходимости, меняем отображение с целью большей наглядности или для удобства выбора объектов и точек объектной привязки.

 

6.3.1. Основание

На этом этапе выполняем построение основания модели, представляющей собой шестигранник.

Основание вычерчиваем в плоскости построений XOY

Раздел меню “Рисование”

Команда: Многоугольник

Число сторон: 6

Центр многоугольника: указать курсором с использованием объектной

привязки точку пересечения осей

Задайте опцию размещения: В (вписанный) Рис. 2

Радиус окружности: 45 См. рис. 2.

6.3.2 Призма

Переходим к построению трехмерной

твердотельной шестигранной призмы

Раздел меню “Рисование” > Тела >

Команда: Выдавить

Выберите объекты: курсором указать

шестиугольник, Enter

Глубина выдавливания: 100

Угол сужения: 0

См. рис. 3. Рис. 3

 

6.3.3. Вертикальный цилиндр

Строим вертикальное цилиндрическое

отверстие внутри призмы

Раздел меню “Рисование” > Тела >

Команда: Цилиндр

Центральная точка основания цилиндра:

указать курсором, с использованием

объектной привязки точку пересечения осей

Радиус основания цилиндра: 30

Высота цилиндра: 100

См. рис. 4. Рис. 4

Для лучшей визуализации модели в дальнейшем, рекомендуется для различных исходных геометрических тел установить различные цвета

Раздел меню “Редакт” или панель инструментов

Команда: Свойства > Цвет

(для отверстия лучше назначить более светлый цвет).

 

6.3.4. Вычитание

Следующим этапом является выполнение Булевой операции вычитания цилиндра из призмы с визуализацией результата

Раздел меню “Редакт” > Редактирование тел >

Команда: Вычитание

Выберите объекты: указать курсором призму

(объект, из которого вычитаем)

Enter – завершаем выбор

Выберите объекты: указать курсором цилиндр

(вычитаемый объект)

Enter – завершаем выбор

Просматриваем результат Рис. 5

Раздел меню “Вид” > Раскрашивание >

Команда: По Гуро. См. рис. 5.

6.3.5. Горизонтальный цилиндр

Продолжаем построение модели.

Сначала вернемся к каркасному отображению

Раздел меню “Вид” > Раскрашивание >

Команда: 3М каркас

Цилиндр 2 будем строить в плоскости,

перпендикулярной вертикальной оси, поэтому

вначале необходимо изменить систему координат

Раздел меню “Сервис” > Новая ПСК >

Команда: 3 точки

Новое начало координат: указать курсором,

с использованием объектной привязки, точку Рис. 6а

пересечения осей

Точка на положительном луче оси X: указать

конечную точку на оси по направлению оси X

Точка на положительном луче оси Y в

Плоскости XY ПСК: указать конечную точку

вертикальной оси модели. См. рис. 6а.

Строим оси цилиндра

Раздел меню “Редакт”

Команда: Подобие

Укажите расстояние смещения: 40

Выберите объект для смещения: указать ось X

Укажите точку, определяющую сторону

смещения: указать точку выше оси X

Выберите объект для смещения: Enter Рис. 6б

См. рис. 6б.

Строим цилиндр

Раздел меню “Рисование” > Тела

Команда: Цилиндр

Центральная точка основания цилиндра:

указать курсором, с использованием объектной

привязки, точку пересечения осей основания

горизонтального цилиндра

Радиус основания цилиндра: 25

Высота цилиндра: 100

См. рис. 6в.

Центрируем цилиндр относительно модели

Раздел меню “Редакт” Рис. 6в

Команда: Перенести

Выберите объекты: указать курсором цилиндр

Базовая точка: указать курсором произвольную точку на экране

Вторая точка: @0,0,-50

См. рис. 6г.

Вычитаем цилиндр из модели

Раздел меню “Редакт” > Редактирование тел

Команда: Вычитание

Выберите объекты: указать курсором на модель

Выберите объекты: Enter

Выберите объекты: указать курсором на цилиндр

Выберите объекты: Enter

Для удобства дальнейшей работы,

удаляем ось основания горизонтального цилиндра

Команда: не вводя команду выбираем ось и Рис. 6г

нажимаем клавишу “Del” на клавиатуре

Визуализируем результат

раскрашивания модели

Раздел меню “Вид” > Раскрашивание >

Команда: По Гуро

См. рис.6.

Для продолжения работы вернемся к

Отображению модели в виде трехмерного

каркаса

Раздел меню “Вид” > Раскрашивание >

Команда: 3М каркас

Для следующих построений систему

координат изменять не будем.

 

 

Рис. 6

6.3.6. Вертикальный паз

Для построения вертикального паза

воспользуемся твердотельным примитивом

“Ящик”.

Раздел меню “Рисование” > Тела

Команда: “Ящик”

Угол ящика или [Центр]: Ц

Центр ящика: указать курсором,

с использованием объектной привязки,

точку пересечения осей

Угол или [Куб/Длина]: Д

Длина: 20 (размер по X) Рис. 7а

Ширина: 80 (размер по Y)

Высота: 100 (размер по Z)

См. рис. 7а.

Цвет ящика установим отличающийся от цвета модели

Раздел меню “Редакт” или панель инструментов

Команда: Свойства > Цвет

Для получения паза в модели вычтем из модели построенный внутри нее ящик

Раздел меню “Редакт” > Редактирование тел

Команда: Вычитание

Выберите объекты: указать курсором на модель

Выберите объекты: Enter

Выберите объекты: указать курсором на ящик

Выберите объекты: Enter

Снова визуализируем результат

Раздел меню “Вид” > Раскрашивание >

Команда: По Гуро

См. рис. 7.

Рис. 7

6.3.7. Наклонные пазы

Заключительный этап построения модели –

построение наклонных пазов начинаем с возврата

к отображению 3-мерного каркаса

Раздел меню “Вид” > Раскрашивание >

Команда: 3М каркас

Во фронтальной плоскости симметрии строим

контур, образующий впоследствии наклонный паз

Раздел меню “Рисование”

Команда: Отрезок

Первая точка: указать курсором, с использованием

объектной привязки, верхнюю конечную точку

вертикальной оси

Следующая точка: @75<-30 Рис. 8а

Следующая точка: @0,50

Следующая точка: З (замкнуть контур)

См.рис. 8а.

Полученный контур преобразуем в область

Раздел меню “Рисование”

Команда: Область

Выберите объекты: указать последовательно

курсором последний вычерченный контур

Выберите объекты: Enter

Выдавливаем образованную область Рис. 8б

на ширину паза

Раздел меню “Рисование” > Тела

Команда: “Выдавить”

Выберите объекты: указать курсором область

Выберите объекты: Enter

Глубина выдавливания: 40

Угол сужения: 0

Центрируем полученное тело

относительно плоскости YOZ

Раздел меню “Редакт”

Команда: Перенести

Выберите объекты: указать курсором тело

Базовая точка: указать курсором

произвольную точку на экране

Вторая точка: @0,0,-50

См. рис. 8б.

Строим зеркальное отображение

тела паза, относительно плоскости XOZ

Раздел меню “Редакт” > 3М операции

Команда: 3М зеркало

Выберите объекты: указать курсором тело

Выберите объекты: Enter Рис. 8в

3 точки: указать курсором, с использованием

объектной привязки, конечные точки осей YOZ

Удалить исходные объекты?: Н

См. рис. 8в.

Изменив предварительно цвет тел,

вычитаем их из модели

Раздел меню “Редакт” > Редактирование тел

Команда: Вычитание

Выберите объекты: указать курсором на модель

Выберите объекты: Enter

Выберите объекты: указать курсором на тела

Выберите объекты: Enter

См. рис. 8г. Рис. 8г

Удаляем оси и визуализируем

окончательный результат

Раздел меню “Вид” > Раскрашивание >

Команда: По Гуро

См. рис. 8.

Теперь можно убедиться в правильности

построений вращая модель в пространстве Рис. 8

Раздел меню “Вид”

Команда: 3М орбита или 3М непрерывная орбита

в панели инструментов “3М орбита”. Управление

вращением с помощью мыши, удерживая левую

клавишу, или толкнуть левой клавишей для

непрерывной 3М орбиты. Потренируйтесь.

 

6.3.8. Вырез четверти

Для еще лучшей визуализации можно вычесть четверть модели. Лучше это сделать на копии модели. Копируем модель на свободное место.

Раздел меню “Редакт”

Команда: Копировать

Выберите объекты: указать курсором на модель (ребро), Enter

Базовая точка: указать курсором точку слева от модели

Вторая точка: указать вторую точку как вектор смещения модели вправо, Enter.

См. рис. 9а.

Рис. 9а

Для построения выреза четверти строим куб с углом в начале текущей системы координат

Раздел меню “Рисование” > Тела

Команда: “Ящик”

Угол ящика или [Центр]: 0,0,0

Угол или [Куб/Длина]: К

Длина: 100

Изменим цвет куба на красный и повернем изображение 3М орбитой. Вычтем куб из модели

Раздел меню “Редакт” > Редактирование тел

Команда: Вычитание

Выберите объекты: указать курсором ребро модели, Enter

Выберите объекты: указать курсором ребро куба, Enter

См. рис. 9.

Рис. 9

6.3.9. Проекции

Наконец, можно построить совмещенные ортогональные и аксонометрические проекции модели. Для этого, сначала нужно вернуться к исходной мировой (абсолютной) системе координат

Раздел меню “Сервис” > Новая ПСК

Команда : МСК

Пиктограмму отображения систем координат можно отключить

Раздел меню “Вид” > Отображение > Знак ПСК > Вкл убрать

Затем, делим экран на 4 части

Раздел меню: “Вид” > Видовые экраны

Команда: 4В Экрана

Далее, в левом нижнем экране (активизируем его указывая курсором) устанавливаем отображение горизонтальной проекции модели (копии без выреза четверти) и отменяем раскрашивание.

Раздел меню “Вид” > 3М виды > Сверху. См. рис. 10а.

Рис. 10а

Активизируем левое верхнее окно и устанавливаем в нем вид спереди, также предварительно отменяя раскрашивание.

Аналогично в правом верхнем окне устанавливаем вид слева. Изменяя масштаб отображения модели и перемещая ее в пределах экрана, добиваемся соответствия размеров и проекционной связи в разных экранах.

Результат см. на рис. 10.

 

Рис. 10

 

Сохранение модели

Для сохранения модели используем команду “Сохранить как…” (меню “Файл”). Чертеж сохраняем в файле: D:/Студенты/№группы/Фамилия/Модель_№ варианта с полным отображением. См. рис. 10.

6.4. Выводы. Варианты заданий

Рассмотренная методика построения трехмерной твердотельной модели позволяет на конкретном примере освоить последовательность и принципы создания в виртуальном трехмерном пространстве модели будущей детали, изделия. В результате построения модели появляются новые возможности оценить полученную конструкцию с точки зрения дизайна, провести инженерный анализ, т.к. модель обладает не только точными геометрическими свойствами, но и данными по массе, моментам инерции и др.

Информационная компьютерная модель может служить основой синтеза управляющей программы к оборудованию с ЧПУ для изготовления детали, управления производством и т.д.

После освоения методики построения модели на рассмотренном примере, для закрепления полученных знаний, рекомендуется каждому студенту самостоятельно построить свой вариант. Варианты заданий рекомендуется взять из сборника: Л.С. Шабека, Е.И.Белякова Технические формы. Задачи для самостоятельной работы студентов по дисциплине “Начертательная геометрия. Инженерная графика”. - Минск, БПИ, 1990. Для удобства задания приведены в Приложении 6.

 

4 903 12960 589 12816 157 12672 39 11160 39">

Приложение 6 Варианты заданий

 

 

 

 

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

 

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-17

lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда...