Формообразующие операции (построение деталей)

Мы уже выяснили, что КОМПАС – система твердотельного моделирования и что большинство операций по созданию моделей в ней основываются на эскизах (исключение составляют операции по созданию фаски, скругления, оболочки и т. п.). Эскиз – это обычное двухмерное изображение, размещенное на плоскости в трехмерном пространстве. В эскизе могут присутствовать любые графические элементы (примитивы), за исключением элементов оформления (обозначений) конструкторского чертежа и штриховки. Эскизом может быть как замкнутый контур или несколько контуров, так и произвольная кривая. Каждая трехмерная операция предъявляет свои требования к эскизу (например, эскиз для операции выдавливания не должен иметь самопересечений и т. п.).

Все трехмерные операции в КОМПАС-3D делятся на основные (то есть собственно формообразующие) и дополнительные. Основные операции включают команды для добавления и удаления материала детали, булевы операции, команду создания листового тела, а также команду Деталь-заготовка. Дополнительные операции представляют собой команды для реализации тех или иных конструкторских элементов на теле детали (фаски, скругления, отверстия, уклона, ребра жесткости и т. д.). В отдельную группу можно отнести команды построения массивов трехмерных элементов как в детали, так и в сборке. Есть также некоторые специфические команды, доступные только для сборки.

Существует четыре основных подхода к формированию трехмерных формообразующих элементов в твердотельном моделировании. Эти подходы практически идентичны во всех современных системах твердотельного 3D-моделирования (есть, конечно, небольшие различия в их программной реализации, но суть остается той же). Рассмотрим их.

• Выдавливание. Форма трехмерного элемента образуется путем смещения эскиза операции (рис. 112, а) строго по нормали к его плоскости (рис. 112, б). Во время выдавливания можно задать уклон внутрь или наружу (рис. 112, в и г). Контур эскиза выдавливания не должен иметь самопересечений. Эскизом могут быть: один замкнутый контур, один незамкнутый контур или несколько замкнутых контуров (они не должны пересекаться между собой). Если вы формируете основание твердого тела выдавливанием и используете в эскизе несколько замкнутых контуров, то все эти контуры должны размещаться внутри одного габаритного контура, иначе вы не сможете выполнить операцию. При вырезании или добавлении материала выдавливанием замкнутые контуры могут размещаться произвольно.

 

Рис. 112

Вращение. Формообразующий элемент является результатом вращения эскиза (рис. 113, а) в пространстве вокруг произвольной оси (рис. 3.6, б). Вращение может происходить на угол 360° или меньше (рис. 113, в). Обратите внимание, ось вращения ни в коем случае не должна пересекать изображение эскиза!

Рис. 113

Если контур в эскизе незамкнут, то создание тела вращения возможно в двух различных режимах: сфероид или тороид (переключение производится с помощью одноименных кнопок панели свойств). При построении сфероида конечные точки контура соединяются с осью вращения отрезками, перпендикулярными к оси, а в результате вращения получается сплошное тело. В режиме тороида перпендикулярные отрезки не создаются, а построенный трехмерный элемент принимает вид тонкостенного тела с отверстием вдоль оси вращения.

• Кинематическая операция. Поверхность элемента формируется в результате перемещения эскиза операции вдоль произвольной трехмерной кривой (рис. 114). Эскиз должен содержать обязательно замкнутый контур, а траектория перемещения – брать начало в плоскости эскиза. Разумеется, траектория должна не иметь разрывов.

Рис. 114

• Операция по сечениям. Трехмерный элемент создается по нескольким сечениям-эскизам (рис. 115). Эскизов может быть сколько угодно, и они могут быть размещены в произвольно ориентированных плоскостях. Эскизы должны быть замкнутыми контурами или незамкнутыми кривыми. В последнем эскизе может размещаться точка.

Рис. 115

Перечисленных четырех способов обычно хватает для формирования сколь угодно сложных форм неорганического мира.

Практическое моделирование

Разработка трехмерной модели – сложный творческий процесс, который предполагает у проектировщика не только знание предмета проектирования и программных средств, но и наличие неординарного и гибкого мышления. Почему это творческий процесс? Потому что одну и ту же модель, даже для уже полностью разработанного изделия, можно построить различными способами. В практике неоднократно пользователи сталкиваются со случаями, когда файл одной и той же детали, смоделированной разными людьми, различался в объеме в 2–3 раза! И это все из-за нерационально выбранного способа построения.

Чтобы было понятнее, приведем простой пример. На рис. 116 и рис. 117 показано одно и то же твердое тело, построенное двумя разными способами: на рис. 116 с помощью вращения, а на рис. 117 – используя выдавливание.

Рис. 116

Рис. 117

Казалось бы, все нормально. Однако во втором случае мы имеем две формообразующие операции и, соответственно, два эскиза. Помимо того что на построение такой модели затрачивается больше времени, она и перестраивается медленнее по сравнению с первой моделью.

Выбор рационального способа построения детали значительно влияет и на формирование сборки. Любую деталь желательно сразу строить так, чтобы ее как можно проще и легче можно было позиционировать в сборке.

Общие рекомендации по построению трехмерных моделей

Рассмотрим некоторые правила, которые помогут сделать проектируемые модели более изящными и рациональными. Их необязательно придерживаться, а в отдельных случаях даже эти рекомендации не действуют. Однако для тех, кто только учится трехмерному моделированию, полагаю, они будут весьма полезны.

• Старайтесь строить модель с использованием как можно меньшего количества трехмерных формообразующих операций. Один из способов достижения этого – рациональное построение эскизов.

• В КОМПАС-3D есть команды, которые за один вызов позволяют выполнять несколько формообразующих операций. В таком случае следует выполнять как можно больше операций за один сеанс работы с такой командой. Например, в детали необходимо сделать скругления радиусом 5 мм на нескольких ребрах. Вам следует сделать их за один вызов команды Скругление, даже если ребра не стыкуются между собой. Из этого правила следует, что такие операции, как Скругление, Фаска, Уклон и пр., желательно выполнять на завершающем этапе построения модели, когда вся основная геометрия уже построена.

• Перед началом формирования детали хорошо продумайте все этапы ее построения. Особое внимание уделите созданию основания. Если при доработке модели вы выполняете операцию сечения, которая удаляет из модели все основание, то возможно возникновение ошибок расчета модели. Этого следует избегать.

• Не перегружайте модель вспомогательной геометрией: используйте при возможности плоские грани модели в качестве опорных плоскостей, а в качестве осей или направляющих – ребра.

• Старайтесь строить деталь так, чтобы ее как можно проще было разместить в сборке. Например, вы можете не начинать построение, отталкиваясь от одной из базовой плоскостей, а создать смещенную плоскость, удалив таким образом деталь от точки начала координат. Или строить деталь так, как будто она наклонена под определенным углом, под которым она должна быть размещена в сборке.

• Как в детали, так и в сборке для копирования типовых элементов максимально используйте команды создания массивов.

Если вы будете придерживаться этих правил, вам будет проще не только проектировать, но и редактировать или дорабатывать модель.

 

Вопросы и задания

1. Что такое моделирование?

2. Перечислите основные подходы к выполнению моделей объектов.

3. Дайте определения следующим терминам: «твердое тело», «грань», «ребро», «вершина», «операция».

4. Перечислите и объясните формообразующие операции.

5. Приведите общие рекомендации по построению трехмерных моделей.

 

Список литературы

1. Богданов В.Н., Малежик И.Ф., Верхола А.П. Справочное руководство по черчению – М.: Машиностроение, 1989. – 864 с.: ил.

2. Вышнепольский И.С. Техническое черчение с элементами программированного обучения (Учебник для средних и проффессионально-технических училищ) - http://pedagogic.ru/books/item/f00/s00/z0000043/index.shtml

3. Инженерная графика / В. П. Куликов, А. В. Кузин: учебник. — 3-е изд., испр. — М.: ФОРУМ, 2009. — 368 с.

4. Инженерная графика. Курс лекций. Черчение, чертежи. http://inraf.ru/part10

5. Инженерная графика: Учебник для средних специальных учебных заведений. – 3-е изд., испр. и дополн. – М.: Машиностроение, 2000. – 352 с, ил.

6. Кувштнов Н.С,, Дукмасов В.С., Пинигин Б.Н. Начертательная геометрия. Компьютерный курс лекций. – Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2003. – 136 с.

7. Кудрявцев Е. М. KOMTIAC-3D. Основы работы в системе. - М.: ДМК Пресс, 2004. - 528 с.

8. Куликов В.П. Стандарты инженерной графики. Учебное пособие. — 3-е изд. — М.: ФОРУМ, 2009. — 240 с.

9. Попов С.А. Инженерная графика. Учебно-методическое пособие - НовГУ, Великий Новгород, 2007.- 110 с.

10. Романычева Э.Т.,Соколова Т.Ю., Шандурина Г.Ф. Инженерная и компьютерная графика. – 2-е изд., перераб. – М.: ДМК Пресс, 2001. – 592 с., ил.

11. Третьяк Т. М. Дистанционный курс компьютерного черчения в среде КОМПАС-3D LT. http://schools.keldysh.ru/courses/distant-7/Kompas_HTML/about.htm

12. Чертежно-графический редактор KOMTIAC-3D: Практическое руководство. - СПб.: АСКОН, 2001. - 474 с.