ИКГ конспект лекций 11. 1. Основы инженерной графики Основные понятия инженерной графики
 Скачать 3.56 Mb.
|
|
параметрического моделирования (проектирования) (часто используют термин параметризация) — моделирование (проектирование) с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время «проиграть» (с помощью изменения параметров или геометрических отношений) различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок. Параметрическое моделирование существенно отличается от обычного двухмерного черчения или трехмерного моделирования. Конструктор, в случае параметрического проектирования, создает математическую модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации детали, взаимные перемещения деталей в сборке и т.п. Идея параметрического моделирования появилась еще на ранних этапах развития САПР, но долгое время не могла быть осуществлена по причине недостаточной компьютерной производительности. История параметрического моделирования началась в 1989 году, когда вышли первые системы с возможностью параметризации. Первопроходцами были Pro/ENGINEER (трехмерное твердотельное параметрическое моделирование) от Parametric Technology Corporation и T-FLEX CAD (двухмерное параметрическое моделирование) от Топ Системы Двухмерное параметрическое черчение и моделирование Параметризация двухмерных чертежей обычно доступна в CAD - системах среднего и тяжелого классов. Однако, упор в этих системах сделан на трехмерную технологию проектирования и возможности параметризации двухмерных чертежей практически не используются. Параметрические CAD - системы, ориентированные на двухмерное черчение (легкий класс) зачастую являются "урезанными" версиями более продвинутых САПР Примеры двухмерных САПР с возможностью параметризации: T-FLEX CAD 2D - "Урезанный" вариант T-FLEX CAD 3D от российской компании " Топ Системы ". Позволяет создавать полностью параметризированные чертежи. Имеется функция автоматической параметризации. Solid Edge 2D - "Урезанный" вариант Solid Edge от компании Siemens PLM Software . Программа полностью бесплатна, в том числе для коммерческого применения. AutoCAD (c некоторыми оговорками) - Начиная с версии 2010 в AutoCAD появилась возможность создавать параметрические чертежи. С версии 2006 в AutoCAD присутствует возможность создавать двухмерные динамические блоки. Динамические блоки фактически представляют собой реализацию табличной параметризации. В вертикальных решениях на базе AutoCAD возможности параметризации обычно значительно шире. 32 o AutoCAD Mechanical - специализированное решение для двухмерного машиностроительного проектирования и черчения на базе AutoCAD . В AutoCAD Mechanical используется собственный механизм параметризации, не связанный с динамическими блоками базовой системы. КОМПАС-График - система двухмерного машиностроительного и строительного проектирования и черчения, разработанная компанией АСКОН Трехмерное твердотельное параметрическое моделирование Трехмерное параметрическое моделирование является гораздо более эффективным (но и более сложным) инструментом, нежели двухмерное параметрическое моделирование. В современных системах среднего и тяжелого класса наличие параметрической модели заложено в идеологию самих САПР . Существование параметрического описания объекта является базой для всего процесса проектирования. Примеры САПР , использующих трехмерное твердотельное параметрическое моделирование: CATIA - САПР тяжелого класса французской фирмы Dassault Systemes NX (Unigraphics) - САПР тяжелого класса от Siemens PLM Software Pro/Engineer - САПР тяжелого класса от Parametric Technology Corporation (PTC) Inventor - САПР среднего класса от Autodesk Solid Edge - САПР среднего класса от Siemens PLM Software SolidWorks - САПР среднего класса от SolidWorks Corporation (подразделение Dassault Systemes ) 3design CAD - САПР для ювелирного и графического дизайна от французского разработчика Vision Numeric T-FLEX CAD - российская САПР среднего класса, использующая геометрическую параметризацию от компании Топ Системы КОМПАС-3D - известная российская САПР среднего класса от компании АСКОН , созданная на основе собственного ядра геометрического моделирования. Типы параметризации Табличная параметризация Табличная параметризация заключается в создании таблицы параметров типовых деталей. Создание нового экземпляра детали производится путем выбора из таблицы типоразмеров. Возможности табличной параметризации весьма ограничены, поскольку задание произвольных новых значений параметров и геометрических отношений обычно невозможно. Однако, табличная параметризация находит широкое применение во всех параметрических САПР , поскольку позволяет существенно упростить и ускорить создание библиотек стандартных и типовых деталей, а также их применение в процессе конструкторского проектирования. 33 Иерархическая параметризация Иерархическая параметризация (параметризация на основе истории построений) заключается в том, что в ходе построения модели вся последовательность построения отображается в отдельном окне в виде "дерева построения". В нем перечислены все существующие в модели вспомогательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания. Помимо "дерева построения" модели, система запоминает не только порядок ее формирования, но и иерархию ее элементов (отношения между элементами). (Например: сборки -> подсборки -> детали). Параметризация на основе истории построений присутствует во всех САПР использующих трехмерное твердотельное параметрическое моделирование. Обычно такой тип параметрического моделирования сочетается с вариационной и/или геометрической параметризацией. Вариационная (размерная) параметризация Вариационная или размерная параметризация основана на построении эскизов (с наложением на объекты эскиза различных параметрических связей) и наложении пользователем ограничений в виде системы уравнений, определяющих зависимости между параметрами. Процесс создания параметрической модели с использованием вариационной параметризации выглядит следующим образом: На первом этапе создается эскиз (профиль) для трехмерной операции. На эскиз накладываются необходимые параметрические связи. Затем эскиз "образмеривается". Уточняются отдельные размеры профиля. На этом этапе отдельные размеры можно обозначить как переменные (например, присвоить имя "Length") и задать зависимости других размеров от этих переменных в виде формул (например, "Length/2") Затем производится трехменрая операция (например, выталкивание), значение атрибутов операции тоже служит параметром (например, величина выталкивания). В случае необходимости создания сборки, взаимное положение компонентов сборки задается путем указания сопряжений между ними (совпадение, параллельность или перпендикулярность граней и ребер, расположение объектов на расстоянии или под углом друг к другу и т.п.). Вариационная параметризация позволяет легко изменять форму эскиза или величину параметров операций, что позволяет удобно модифицировать трехмерную модель. Геометрическая параметризация Геометрической параметризацией называется параметрическое моделирование, при котором геометрия каждого параметрического объекта пересчитывается в зависимости от положения родительских объектов, его параметров и переменных. 34 Параметрическая модель, в случае геометрической параметризации, состоит из элементов построения и элементов изображения. Элементы построения (конструкторские линии) задают параметрические связи. К элементам изображения относятся линии изображения (которыми обводятся конструкторские линии), а также элементы оформления (размеры, надписи, штриховки и т.п.). Одни элементы построения могут зависеть от других элементов построения. Элементы построения могут содержать и параметры (например, радиус окружности или угол наклона прямой). При изменении одного из элементов модели все зависящие от него элементы перестраиваются в соответствии со своими параметрами и способами их задания. Процесс создания параметрической модели методом геометрической параметризации выглядит следующим образом: На первом этапе конструктор задает геометрию профиля конструкторскими линиями, отмечает ключевые точки. Затем проставляет размеры между конструкторскими линиями. На этом этапе можно задать зависимость размеров друг от друга. Затем обводит конструкторские линии линиями изображения - получается профиль, с которым можно осуществлять различные трехмерные операции. Последующие этапы в целом аналогичны процессу моделирования с использованием метода вариационной параметризации. Геометрическая параметризация дает возможность более гибкого редактирования модели. В случае необходимости внесения незапланированного изменения в геометрию модели не обязательно удалять исходные линии построения (это может привести к потере ассоциативных взаимосвязей между элементами модели), можно провести новую линию построения и перенести на нее линию изображения. Особенности использования системы автоматического проектирования в техническом творчестве. Каждый конструктор придерживается собственных правил и традиций: некоторые предпочитает сразу воплощать свои мысли в виде двумерных или трехмерных электронных моделей, кто-то предварительно набрасывает эскиз на бумаге или лепит модель из пластилина. Однако и тем и другим необходимо донести необходимую информацию до изготовителя, чтобы можно было перейти от общей идеи к детальному проекту. В этом процессе разработчикам, безусловно, поможет САПР. Методику создания объемной модели рассмотрим на примере программы SolidWorks, хотя другие программы, в том числе упоминавшиеся ранее, также позволяют выполнять подобные преобразования. Рассмотрим классический для моделистов случай: эскиз нарисован на бумаге и отсканирован (получено растровое изображение). В этом случае SolidWorks позволяет использовать растровые изображения в качестве фона графического окна либо в двумерных эскизах, произвольно 35 сориентированных в пространстве. Поддерживаются форматы BMP, GIF, JPG, TIF, WMF. Картинку можно свободно перемещать в плоскости эскиза, указывая смещение по осям X и Y, поворачивать относительно начала координат, масштабировать, отражать относительно горизонтали или вертикали. Отсканированные изображения можно поместить в эскизы, расположенные во фронтальной, горизонтальной и вертикальной плоскостях, после чего должным образом спозиционировать относительно базовой системы координат и отмасштабировать друг относительно друга (рис. 2.7.а). Теперь можно приступить к построению 3D-модели, для чего предварительно потребуется создать несколько вспомогательных эскизов, причем в процессе построения отдельных линий следует рисовать их в соответствии с растровым изображением. После этого достаточно применить одну из 3D-операций (например, тело по сечениям или сечение вдоль образующей с несколькими направляющими кривыми) — и заготовка для внешней формы будущего изделия готова (рис. 2.7.б). Рис. 2.7 От эскиза — к детальному проекту Доработав полученную заготовку с помощью дополнительных 3D- операций (деформирование, скругление, сглаживание и т.п.) и расчленив ее на отдельные детали, можно приступать к конструктивной проработке каждой детали или узла в контексте сборки. В итоге будет получено конечное изделие, ассоциативно связанное с дизайнерской 3D-заготовкой, которая, в свою очередь, создавалась по нарисованным вручную эскизам (рис. 2.7. в, г). Для полноты картины можно присвоить каждой из деталей свой материал (текстуру), выбрав его из встроенной в SolidWorks библиотеки материалов либо воспользовавшихся профессиональным средством 3D- рендеринга — PhotoWorks, который поставляется в составе пакета SolidWorks Professional, и получить фотореалистичное изображение изделия (рис. 2.8). 36 Рис. 2.8. Фотореалистичное изображение изделия. 37 3. Оформление конструкторской документации. Виды конструкторских документов. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Форматы. Масштабы. Линии. Надписи. Шрифты. Построение чертежей и схем. Условности и упрощения при построении изображений. Эскиз детали. Технический рисунок. Чертеж. Штриховка. Нанесение размеров. Изображения соединений деталей. Неразъемные соединения. Резьба, пайка, склеивание, сварка. Резьбовые и шпоночные соединения. Обозначение материалов на чертежах. Сборочные чертежи. Построение сборочного чертежа. Разработка спецификации. Чтение и деталирование сборочного чертежа. Схемы. Общие сведения и основные термины. Виды: схем: электрические, гидравлические, пневматические, кинематические, оптические. Типы схем: структурные, функциональные, принципиальные. Условные обозначения на схемах: буквенно-цифровые: графические. Электрические принципиальные схемы. Построение чертежей, схем, планов, диаграмм средствами MS Office. Редактор деловой графики MS Visio. Фигуры. Блок-схемы. Диаграммы. Особенности оформления конструкторской документации в техническом творчестве. Виды конструкторских документов. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Форматы. Масштабы. Линии. Надписи. Шрифты. Виды конструкторских документов, применяемых в производственных условиях, и их комплектность устанавливает ГОСТ 2.102-68. Конструкторские документы определяют состав и устройство изделия и содержат необходимые данные для его разработки, изготовления, контроля его качества, эксплуатации и ремонта. К конструкторским документам относят графические и текстовые документы, например, рабочий чертеж детали, сборочный чертеж, общий вид, схему, спецификацию, пояснительную записку и др. Чертеж детали и спецификацию относят к основным конструкторским документам. По способу выполнения и характеру использования конструкторские документы разделяют, например, на оригиналы и копии. Чертеж детали — документ, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля. На рабочем чертеже детали указывают размеры, предельные отклонения и шероховатость поверхностей и другие данные, которым она должна соответствовать перед сборкой. На рабочих чертежах не допускается помещать технологические указания. Сборочный чертеж — документ, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля. Чертеж общего вида — документ, определяющий конструкцию 38 изделия, взаимодействие его основных составных частей и поясняющий принцип работы изделия. Схема — документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними. Спецификация — документ, определяющий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта. Пояснительная записка — документ, содержащий описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия, а также обоснование принятых при его разработке технических и технико-экономических решений. В учебных условиях применяют учебные чертежи, близкие по содержанию к некоторым производственным конструкторским документам. К таким чертежам можно отнести учебные чертежи деталей, учебные сборочные чертежи, учебные общие виды, спецификации, учебные технологические и маршрутные карты и др. Все чертежи любого назначения и содержания необходимо оформлять по правилам, установленным ЕСКД. К оформлению чертежей относят форматы (Табл. 3.1), масштабы (Табл. 3.2), линии (Табл. 3. и Рис. 3.3), шрифт, основную надпись. Чертежным форматом называется размер конструкторского документа. Лист бумаги, как правило, больше по размерам, чем конструкторский документ. Форматы листов определяются размерами внешней рамки (выполненной тонкой линией) оригиналов, подлинников, дубликатов, копий (Рис. 3. 1). Рис. 3.1 39 Таблица 3.1. Формат с размерами сторон 1189 х 841 мм, площадь которого равна 1 м 2 , и другие форматы, полученные путем последовательного деления его на две равные части параллельно меньшей стороне соответствующего формата, принимаются за основные. Обозначения и размеры сторон основных форматов должны соответствовать указанным в таблице 3. 1. Масштабом чертежа называют отношение линейных размеров изображения объекта на чертеже к действительным размерам объекта. Масштаб выбирают в зависимости от величины и сложности объекта или его составных частей, а также от вида чертежей (таблица. 3.2). Масштаб, указанный в предназначенной для него графе, обозначают по типу: 1:1; 1:2; 2:1 и т. д. В остальных случаях следует обозначать: Ml:1; Ml:2; M2:1 и т. д. Масштабы изображений на чертеже должны выбираться из следующего ряда: Таблица. 3.2 Масштабы изображения, отличающиеся от указанного в основной надписи чертежа, указывают непосредственно под надписью, относящейся к данному изображению (Рис. 3.2). Независимо от масштаба на изображении всегда наносят истинные размеры изображаемого объекта. При изменении масштаба частично изменяют и характер нанесения размеров. Рис. 3.2 Линии. Изображения выполняют в виде сочетания линий, различных по назначению, начертанию, размерам и наименованию. За исходную принята сплошная толстая основная линия. Толщину остальных линий устанавливают в зависимости от толщины основной линии 40 (таблица. 3.3). Толщина линий каждого типа должна быть одинакова для всех изображений одного масштаба на данном чертеже. 1 – Сплошная толстая основная линия(Рис. 3.3, поз. 1)применяется для изображения видимого контура предмета. Толщину ее (s) берут в пределах от 0,5 до 1,4 мм в зависимости от размеров чертежа и его сложности. Таблица 3.3 Основные виды линий и их назначение на чертеже 2 — сплошная тонкая: линии размерные и выносные, штриховки, контура наложенного сечения, для изображения пограничных деталей («обстановка»), ограничения выносных элементов на видах, разрезах и сечениях, перехода воображаемые, подчеркивание надписей, линии-выноски и их полки, следы плоскостей, линии построения характерных точек при специальных построениях; 3 — сплошная волнистая: линии обрыва, разграничения вида и разреза; 4 — сплошная тонкая с изломом: длинные линии обрыва; 5 — штриховая: линии невидимого контура, перехода невидимые; 6 — штрихпунктирная: линии осевые и центровые, сечений, являющиеся осями симметрии для наложенных и выносных сечений; 7—штрихпунктирная с двумя точками: линии сгиба на развертках; 8 — штрихпунктирная утолщенная: линии, обозначающие поверхности, подлежащие термообработке или покрытию, для изображения элементов, расположенных перед секущей плоскостью («наложенная проекция»); 9 — разомкнутая линия сечений 41 Рис. 3.3 Надписи, шрифты. Параметры шрифтов чертежных устанавливает ГОСТ 2.304-81 Этот стандарт устанавливает шрифты чертежные, которыми выполняют на всех конструкторских документах текстовые и цифровые надписи. Стандарт определяет размеры и начертание арабских и римских цифр, прописных и строчных букв русского и др. алфавитов, а также начертание различных знаков (диаметра, радиуса, конусности и т.д.). Обучаясь чертежному шрифту, начертание каждой буквы и цифры следует прописывать на вспомогательной сетке по образцам, приведенным в стандарте. Вспомогательная сетка образуется пересечением горизонтальных и вертикальных линий с шагом |