Создание твердотельных моделей

Безусловными преимуществами твердотельной модели являются:

1) полное определение объема и формы;

2) обеспечение автоматического удаления невидимых (скрытых) линий;

3) возможность получения сложных форм на основе логических операций сложения, вычитания и пересечения.

4) автоматизированное построение трехмерных разрезов проектируемого изделия, что особенно важно при анализе сложных сборочных единиц;

5) получение значений массы, площади поверхности, центра тяжести, момента инерции для любой детали или изделия в целом, которые необходимы для прочностных расчетов или экспортирования в такие приложения, как системы числового программного управления;

6) наличие разнообразной палитры цветов, управление цветовой гаммой, получение тоновых эффектов – всего того, что способствует качественному получению изображения формы;

7) несмотря на кажущую сложность, их легче строить и редактировать.

Один из методов твердотельного конструирования основан на построении модели из набора базовых твердотельных примитивов, находящихся в библиотеке системы. Каждый примитив определен некоторой формой (параллелепипед, цилиндр переменного сечения, шар и т.п.), точкой привязки, исходной ориентацией и изменяемыми размерами. При построении тела имеют внешний вид, аналогичный каркасным моделям, до тех пор, пока к ним не применены операции подавления скрытых линий, раскрашивания и тонирования. Модификация тел осуществляется путем сопряжения их граней и снятия фасок.

Процесс твердотельного проектирования можно разделить на несколько этапов.

В ходе первого этапа проектировщик получает информационную модель в виде информации (словесного описания, идеи или рисунка).

В ходе второго этапа информационная модель преобразуется в модель данных путем условного разделения детали на простейшие базовые тела.

На третьем этапе базовые тела с заданными размерами и координатами расположения характерных точек (параллелепипед, тор, сфера, цилиндр и т. д.) формируются на экране дисплея и записываются в память компьютера – модель хранения.

В ходе четвертого этапа происходит образование геометрических форм создаваемой детали (виртуальная модель) путем логических операций пересечения, объединения и вычитания базовых примитивов.

На пятом этапе выполняется редактирование модели или ее визуализация, т. е. придание ей реалистичного вида. Сначала выполняется построение фасок и сопряжений, затем деталь, представленную в каркасном виде с помощью визуального стиля «Реалистичный», раскрашивают. Кроме этого можно создать определенную подсветку и фон. В результате из виртуальной модели формируется твердотельная модель.

Простейшие тела, из которых строятся сложные трехмерные объекты, называют твердотельными примитивами.

Команда ЯЩИК (BOX) позволяет формировать твердотельный ящик (призму, куб).

Запросы команды:

Указать первый угол или [Центр]: Задать точку или ввести ц для обозначения центра.

Указать второй угол или [Куб/Длина]: Указать второй угол ящика или ввести опцию.

Если значение Z для указанного второго угла ящика отличается от значения для указанного первого угла, подсказка высоты не выводится на экран.

Задать высоту или [2Точки] < значение по умолчанию>: Задать высоту или ввести 2P для опции моделирования по 2 точкам.

При вводе положительного значения высоты цилиндр строится в положительном направлении оси Z текущей ПСК. Если значение высоты отрицательно, построение производится в отрицательном направлении оси Z текущей ПСК.

Центр - построение ящика по указанной точке центра.

Куб - построение ящика, стороны которого имеют равные длины.

Длина - построение ящика с заданными значениями длины, ширины и высоты. Длина соответствует оси X, ширина оси Y, а высота оси Z.

Команда КЛИН (WEDGE) создает твердотельный клин. Основание клина всегда формируется параллельно плоскости XOY текущей системы координат, а грань с наклонным ребром вдоль оси Х (рис. 60).

Запросы команды:

Первый угол или [Центр]: Указать точку или ввести ц для задания центра.

Другой угол или [Куб/Длина]: Указать второй угол клина или задать опцию.

Если для второго угла клина задано значение Z, отличающееся от значения для первого угла, запрос на указание высоты не выводится.

 

 

Рис. 60

 

Высота или [2Точки] <по умолчанию>: Указать высоту или задать опцию 2Т для двух точек.

При вводе положительного значения высота отсчитывается в положительном направлении оси Z текущей ПСК. При вводе отрицательного значения высота отсчитывается в отрицательном направлении оси Z текущей ПСК.

Центр -построение клина по указанной центральной точке.

Куб -построение равностороннего клина.

Длина -построение клина с заданными значениями длины, ширины и высоты. Длина соответствует оси X, ширина оси Y, а высота оси Z. Выбор точки для указания длины задает также вращение в плоскости XY, в которой выполняется поворот.

Команда КОНУС (CONE) – создает твердотельный или усеченный конус, основание которого ограничивает окружность или эллипс. Основание лежит в плоскости XY или в плоскости параллельной ей, текущей системы координат, а вершина располагается по оси Z.

Запросы команды:

Задать точку центра основания или [3Т/2Т/Ккр/Эллиптический]: Задать точку или ввести опцию.

Задать радиус основания или [ Диаметр ] <значение по умолчанию>: Задать радиус основания, ввести d, чтобы задать диаметр, или нажать ENTER, чтобы задать значение радиуса основания по умолчанию.

Задать высоту или [2Точки/Конечную точку оси/Радиус при вершине] <значение по умолчанию>: Задать высоту, ввести опцию или нажать ENTER, чтобы задать значение высоты по умолчанию.

Опцию "Радиус при вершине" используют для создания усеченного конуса.

Первоначально значение радиуса по умолчанию не установлено. В ходе сеанса построения значением радиуса основания по умолчанию всегда является предварительно введенное значение радиуса основания для любого элементарного тела.

3Т - определяет длину окружности основания и базовую плоскость конуса с помощью задания трех точек.

2Т - определяет диаметр основания конуса путем указания двух точек.

Ккр -определяет основание конуса по задаваемым касательным к двум объектам

Эллиптический -задает эллиптическое основание конуса.

Команда ЦИЛИНДР (CYLINDER) – позволяет формировать твердотельный цилиндр, основание которого ограничивает окружность или эллипс. Основание лежит в плоскости XY или в плоскости параллельной ей, текущей системы координат, а вершина располагается по оси Z.

Запросы команды аналогичны запросам предыдущей команды. Опция Конечная точка оси -задает положение конечной точки для оси цилиндра. Эта конечная точка является точкой центра верхней грани цилиндра. Конечная точка оси может быть расположена в любой точке 3D пространства. Конечная точка оси в данной опции определяет не только длину, но и ориентацию цилиндра.

Команда ШАР (SPHERE) – позволяет создавать твердотельный шар.

Шар располагается таким образом, что его центральная ось параллельна оси Z текущей системы координат.

Запросы команды:

Центр или [3Т/2Т/ККР]: Указать точку или задать опцию.

3Т - определяет образующую окружность шара и базовую плоскость с помощью задания трех точек.

2Т - определяет диаметр образующей окружности шара путем указания двух точек.

Ккр -определяет образующую окружность шара по задаваемым касательным к двум объектам.

 

Команда ТОР (TORUS) – позволяет формировать твердотельный тор. Для создания модели тора необходимо ввести значение радиуса тора (направляющей окружности), определяющего расстояние от оси вращения до центра образующей окружности, а затем радиус образующей окружности. Ось вращения параллельна оси Z текущей системы координат.

Если радиус тора больше радиуса образующей окружности, то будет формироваться тело открытого тора (рис. 61); если радиус тора меньше, радиуса образующей, то получим закрытый тор (рис. 62).

Радиус тора может иметь отрицательное значение, но при этом радиус образующей окружности должен быть больше радиуса тора по абсолютной величине и иметь положительное значение. В данном случае получим тело вращения. При этом образующей является дуга окружности, ограниченная осью вращения, с центром, расположенным по другую сторону от оси (рис. 63).

 

 

Рис. 61. Открытый тор

Рис. 62. Закрытый тор Рис. 63. Поверхность вращения

 

Команда ПИРАМИДА (PYRAMID) -строит пирамиду, в основании которой лежит правильный многоугольник.

Запросы:

4 стороны (по умолчанию) Описанная (по умолчанию)

Центральная точка основания или [Кромка/Стороны]: Указать точку или задать опцию.

Выводится один из указанных ниже запросов:

Радиус в основании или [Вписанная] <по умолчанию>: Указать радиус в основании, ввести i для замены пирамиды на вписанную или нажать клавишу ENTER для выбора радиуса в основании по умолчанию.

Первоначально значение радиуса в основании по умолчанию не задано. В сеансе черчения значение радиуса в основании по умолчанию всегда равняется предыдущему заданному значению радиуса в основании любого элементарного тела.

После задания радиуса в основании и указания на то, является ли пирамида вписанной или описанной, выводится следующий запрос:

Высота или [2Точки/Конечная точка оси/Радиус верхнего основания] <значение по умолчанию>: Задать высоту, ввести опцию или нажать клавишу ENTER, чтобы задать значение высоты по умолчанию.

Опция "Радиус верхнего основания" используется для создания усеченной пирамиды.

Кромка -указывается длина одной кромки основания пирамиды; пользователь задает две точки.

Стороны -указывается число сторон для пирамиды. Возможен ввод значения от 3 до 32.

Первоначально число сторон пирамиды устанавливается равным 4. В сеансе черчения значение числа сторон по умолчанию всегда равняется предыдущему введенному значению количества сторон.

2Точка - указывается, что высота пирамиды равняется расстоянию между двумя указанными точками.

Конечная точка оси -указывается местоположение конечной точки для оси пирамиды. Данная конечная точка является вершиной пирамиды. Возможно расположение конечной точки оси в любом месте 3D пространства. Конечная точка оси определяет длину пирамиды и ее положение в пространстве.

Команда ПОЛИТЕЛО (POLYSOLID) – позволяет строить тело с прямоугольным профилем (рис. 64). Горизонтальной проекцией данного тела будет 2D-полилиния. Политело может содержать прямолинейные и криволинейные сегменты, но профиль всегда является прямоугольным по умолчанию.

Рис. 64

Тело можно строить с помощью команды ПОЛИТЕЛО точно так же, как полилинию. Системная переменная PSOLWIDTH определяет для тела ширину по умолчанию. Системная переменная PSOLHEIGHT определяет для тела высоту по умолчанию.

Команда ПЛОСКПОВ (PLANESURF) - позволяет создать плоскую поверхность с помощью любого из указанных ниже методов:

1) Выбрать один или несколько объектов, образующих один или несколько замкнутых областей.

2) Указать противолежащие углы прямоугольника.

Команда ВЫДАВИТЬ (EXTRUDE) позволяет формировать трехмерные тела методом выдавливания плоских примитивов (созданием высоты). Прежде чем ввести команду, необходимо создать контур выдавливаемого тела и, если это необходимо, траекторию перемещения контура. Допускается получать тела выдавливанием из следующих примитивов.

· Отрезки.

· Дуги.

· Эллиптические дуги.

· Двумерные полилинии.

· Двумерные сплайны.

· Окружности.

· Эллипсы.

· Плоские трехмерные грани.

· Двумерные фигуры.

· Полосы.

· Области.

· Плоские поверхности.

· Плоские грани на телах.

Чтобы выбрать грани на твердотельных объектах, следует нажать и удерживать клавишу CTRL, а затем выбирать эти подобъекты.

Нельзя выдавить объекты, входящие в блоки, а также полилинии с пересекающимися сегментами.

Если заданная полилиния имеет ширину, эта ширина игнорируется, и полилиния выдавливается из центра своего пути. Если выбранный объект имеет толщину, эта толщина игнорируется.

С помощью одной команды можно выдавить сразу несколько геометрических объектов. Направление выдавливания определяется траекторией или заданием глубины и угла конусности. Глубина может иметь положительное и отрицательное значение, и может быть направлена вдоль оси Z (рис. 65). При неправильном задании угла конусности образующие поверхности могут сойтись в одну точку, до того, как будет достигнута указанная высота выдавливания. Траектория выдавливания задается отрезком, дугой окружности или плоской полилинией;, при этом угол конусности всегда равен 0. Команда ВЫДАВИТЬприменяется для формирования моделей деталей, имеющих сложную форму. Если контуры выдавливаемого тела состоят из отдельных отрезков, дуг, сплайнов, то необходимо сначала с помощью команд ОБРЕЗАТЬ, УДЛИНИТЬполучить четкие точки соединения отдельных примитивов, а затем с помощью редактирования преобразовать данные примитивы в одну полилинию или область.

 

 

 

Рис. 65

 

 

Команда ВРАЩАЙ (REVOLVE) – создает трехмерные тела или поверхности с помощью вращения двухмерных (плоских) примитивов вокруг оси (рис. 66).

Запросы:

Текущая плотность каркаса: ИЗОЛИНИИ=4.

Выберите объекты для вращения: Использовать метод выбора объекта.

Начальная точка оси вращения или Объект[X/Y/Z] <Объект>: Указать точку, нажать клавишу ENTER, чтобы выбрать объект для оси или ввести опцию.

Конечная точка оси: Указать точку.

Угол вращения или [Начальный угол] <360>: Указать угол или нажать ENTER.

 

Рис. 66

 

С помощью команды ВРАЩАТЬ можно создать новое тело или поверхность вращением замкнутой или разомкнутой кривой вокруг оси. Можно вращать несколько объектов.

Пользователю разрешается выбирать объекты для вращения перед запуском команды.

Возможно вращение указанных ниже объектов:

· Отрезки.

· Дуги.

· Эллиптические дуги.

· Двумерные полилинии.

· 2D сплайны.

· Окружности.

· Эллипсы.

· Плоские 3D грани.

· Двумерные фигуры.

· Полосы.

· Области.

· Плоские грани на телах или поверхностях.

Для выбора граней на телах необходимо нажать и удерживать нажатой клавишу CTRL и далее выбирать эти подобъекты.

Объекты внутри блоков вращать нельзя. То же относится и к самопересекающимся полилиниям. Команда ВРАЩАТЬ не учитывает ширину полилинии и вращает ее от центра пути полилинии.

Положительное направление вращения определяется по правилу правой руки.

При положительном значении угла вращение объектов происходит против часовой стрелки. При отрицательном значении угла вращение объектов происходит по часовой стрелке.

Объекты поворачиваются на указанный угол.

В качестве оси можно использовать указанные ниже объекты:

· Отрезки.

· Линейные сегменты полилинии.

· Линейные кромки тел или поверхностей.

· Оси X, Y, Z.

Для выбора ребер на телах необходимо нажать и удерживать нажатой клавишу CTRL и далее выбирать эти ребра.

Команда СДВИГ (SWEEP) используется для создания нового тела или поверхности посредством сдвига разомкнутой или замкнутой плоской кривой (профиля) вдоль разомкнутой или замкнутой 2D или 3D траектории. Команда СДВИГ вычерчивает тело или поверхность заданного профиля вдоль указанной траектории (рис. 67). Команду СДВИГ можно использовать сразу для нескольких объектов при условии, что все они находятся в одной плоскости.

Рис. 67

Команда ПОСЕЧЕНИЯМ (LOFT) позволяет создавать новые тела или поверхности, с помощью ряда поперечных сечений (рис. 68). Поперечные сечения определяют профиль (форму) результирующего тела или поверхности. Поперечные сечения (в общем случае, кривые и линии) могут быть разомкнутыми (например, дуга) или замкнутыми (например, окружность).

Рис. 68

Команда ПОСЕЧЕНИЯМ изображает тела или поверхности в пространстве между поперечными сечениями. При использовании команды ПОСЕЧЕНИЯМ следует указать как минимум два поперечных сечения.

 

Команда СЕЧЕНИЕ (SECTIONPLANE) – позволяет получать изображение сечения тела в виде области или неименованного блока. Сечение – это результат пересечения выбранного тела и заданной плоскости (рис. 69).

По умолчанию секущая плоскость задается тремя точками. Можно задать плоскость плоскостью другого объекта, плоскостью текущего вида, осью Z или одной из плоскостей, параллельных координатным плоскостям XY,YZ или XZ. Сечение автоматически помещается в текущий слой.

 

 

Рис. 69