Учебное пособие по компьютерному моделированию_Практические зада. Краснодар 2011 2 кубанский государственный университет
 Скачать 1.93 Mb.
|
|
Практические задания по компьютерному моделированию в инструментальной среде Компас 3D LT Краснодар 2011 2 КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Богатов Н.М., Григорьян Л.Р., Митина О.Е. Практические задания по компьютерному моделированию в инструментальной среде Компас 3DLT Краснодар 2011 3 УДК 004.4 ББК 32.973.26-018.2 Б73 Рецензенты: Кандидат биологических наук, профессор Г.А. Плутахин Доктор педагогических наук, профессор Т.Л. Шапошникова Богатов Н.М., Григорьян Л.Р., Митина О.Е. Практические задания по компьютерному моделированию в инструментальной среде Компас 3DLT: практикум / Н.М. Богатов, Л.Р. Григорьян, О.Е. Митина. Краснодар: Кубанский госуниверситет, 2011, 57 с. ©Кубанский государственный университет, 2011 4 Введение Автоматизированные системы проектирования постепенно, но все же становятся обычным и привычным инструментом конструктора, технолога, расчетчика. Конкурировать иначе в условиях, когда сроки являются основным требованием заказчика, не представляется возможным [1]. К середине 90-х годов многие конструкторы и технологи во всём мире практически одновременно пришли к одинаковому выводу - для того, чтобы повысить эффективность своего труда и качество разрабатываемой продукции, необходимо срочно переходить от работы в смешанной среде двумерной графики и трёхмерного моделирования к использованию объёмных моделей, в качестве основных объектов проектирования. В поисках максимально подходящей для решения поставленной задачи системы пользователи определили требования к ней - стандартный и интуитивно понятный пользовательский интерфейс, возможность эффективного твердотельного моделирования на промышленном уровне [2-3]. Твердотельное параметрическое моделирование детали базируется на создании дерева построений, отражающего этапы ее формообразования. Исходные примитивы, добавляемые к текущей модели или вычитаемые из нее, формируются на базе плоского эскиза (плоского замкнутого контура без самопересечений), выполненного в произвольно ориентированной плоскости. К ним относятся тела вращения и выдавливания, тела, полученные сопряжением произвольно ориентированных сечений или сдвигом. Мощный аппарат наложения размерных и геометрических связей (ограничений) на геометрические элементы обеспечивают построение параметрической модели с возможностью изменения произвольного параметра, связывания его с значением другого параметра и т.п. Сохраняется неразрывная связь эскиз - твердое тело, дающая возможность при необходимости корректировать модель через изменение её эскиза [3-5]. 5 Возможности моделирования включают также в себя построения трёхмерных фасок и скругленний, ребер жесткости и литейных уклонов, создание различными способами полых (тонкостенных) тел, использование мощного аппарата построения вспомогательных плоскостей и осей. Появились возможности оперировать трехмерными сплайнами и достаточно сложными поверхностями, которые могли служить ограничением при различных формообразующих операциях или границей отсечения части тела, а для деталей одной толщины выполнять развертку. Ведение файла протокола позволяло отслеживать процесс создания трехмерной модели и вносить в него необходимые изменений. Можно изменить любой параметр модели и через несколько секунд увидеть результаты полной перестройки модели[6]. Широкие возможности визуализации и создания фотореалистичных изображений с использованием дополнительных источников освещения и регулированием характеристик поверхности материала (отражение или поглощение им света, излучение и шероховатость поверхности) позволяли работать в режиме реального времени с тонированными изображениями модели. Созданные детали могли объединяться в сборку с заданием ограничений взаимного расположения любых деталей друг относительно друга (соосность, фиксация, совпадение точек и плоскостей и многое другое) и регулировкой характеристик каждой детали. На основе трехмерного объекта возможно автоматическое создание чертежа детали, состоящего из основных и вспомогательных видов, сложных разрезов и сечений. Поддержка многочисленных форматов обмена позволяет использовать любой чертежно-графический редактор. Вообще следует отметить мощные интеграционные возможности системы, обеспечивающей интерфейс с ведущими технологическими и расчетными приложениями[7-9]. Одним из представителей интегрированных пакетов твердотельного моделирования является КОМПАС-3D.Система трехмерного моделирования, ставшая стандартом для тысяч предприятий, благодаря удачному сочетанию простоты освоения и легкости работы с мощными функциональными 6 возможностями твердотельного и поверхностного моделирования, которые решают все основные задачи пользователей. Ключевой особенностью продукта является использование собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН. Основные компоненты КОМПАС-3D — собственно система трехмерного твердотельного моделирования, универсальная система автоматизированного проектирования КОМПАС-График и модуль проектирования спецификаций. Все они легки в освоении, имеют русскоязычные интерфейс и справочную систему. Базовый функционал системы включает в себя [5,10]: развитый инструментарий трехмерного моделирования, в том числе возможности построения различных типов поверхностей; механизм частичной загрузки компонентов и специальные методы оптимизации, позволяющие обеспечить работу со сложными проектами, включающими десятки тысяч подсборок, деталей и стандартных изделий; функционал моделирования деталей из листового материала — команды создания листового тела, сгибов, отверстий, жалюзи, буртиков, штамповок и вырезов в листовом теле, замыкания углов и т.д., а также выполнения развертки полученного листового тела (в том числе формирования ассоциативного чертежа развертки); специальные возможности, облегчающие построение литейных форм — литейные уклоны, линии разъема, полости по форме детали (в том числе с заданием усадки); инструменты создания пользовательских параметрических библиотек типовых элементов; возможность получения конструкторской и технологической документации: встроенная система КОМПАС-График позволяет выпускать чертежи, спецификации, схемы, таблицы, текстовые документы; 7 встроенные отчеты по составу изделия, в том числе по пользовательским атрибутам; возможность простановки размеров и обозначений в трехмерных моделях (поддержка стандарта ГОСТ 2.052–2006 «ЕСКД. Электронная модель изделия»); поддержку стандарта Unicode; средства интеграции с различными CAD/CAM/CAE системами; средства защиты пользовательских данных, интеллектуальной собственности и сведений, составляющих коммерческую и государственную тайну (реализовано отдельным программным модулем КОМПАС-Защита). По умолчанию КОМПАС-3D поддерживает экспорт/импорт наиболее популярных форматов моделей, за счет чего обеспечивается интеграция с различными CAD/CAM/CAE пакетами. Базовая функциональность продукта легко расширяется за счет различных приложений, дополняющих функционал КОМПАС-3D эффективным инструментарием для решения специализированных инженерных задач. Например, приложения для проектирования трубопроводов, металлоконструкций, различных деталей машин позволяют большую часть действий выполнять автоматически, сокращая общее время разработки проекта в несколько раз. Модульность системы позволяет пользователю самому определить набор необходимых ему приложений, которые обеспечивают только востребованную функциональность. Простой интуитивно понятный интерфейс, мощная справочная система и встроенное интерактивное обучающее руководство позволяют освоить работу с системой в кратчайшие сроки и без усилий[11]. 8 Практическая работа №1. Инструментальная среда твердотельного моделирования Компас 3DLT. Задание №1.Изучение интерфейса и основных возможностей программы твердотельного моделирования Компас 3DLT. Инструментальная среда твердотельного моделирования Компас3DLTпредназначена для создания твердотельных моделей различных объектов. Процесс моделирования аналогичен технологическому процессу изготовления.КОМПАС-3D LT — это программа для операционной системы Windows. Поэтому ее окно имеет те же элементы управления, что и другие Windows-приложения [5]. На рисунке представлено рабочее окно трехмерного моделирования инструментальной среды Компас 3DLT. 9 Основные элементы среды: 1) Строка меню – в ней расположены все основные меню системы, в каждом меню храниться связанные с ним команды; 2) Панель управления (стандартная) – в ней собраны команды, которые часто употребляются при работе с программой; 3) Панель вид – на панели вид расположены кнопки, которые позволяют управлять изображением: изменять масштаб, перемещать и вращать изображение, изменять форму представления модели. 4) Панель переключения(левая часть экрана) – производит переключения между панелями инструментов. 5) Панель инструментов – состоит из нескольких отдельных страниц (панелей): редактирования модели, пространственные кривые, поверхности, вспомогательная геометрия, измерения (3D), фильтры, элементы оформления. 6) Строка состояния объекта – указывает параметры объекта. 7) Дерево модели – это графическое представление набора объектов, составляющих деталь. Корневой объект Дерева – сама деталь. Пиктограммы объектов автоматически возникают в Дереве модели сразу после фиксации этих объектов в детали. 8) Контекстная панель отображается на экране при выделении объектов документа и содержит кнопки вызова наиболее часто используемых команд редактирования. Набор команд на панели зависит от типа выделенного объекта и типа документа. 9) Контекстное меню – меню, состав команд в котором зависит от совершаемого пользователем действия. В нем находятся те команды, выполнение которых возможно в данный момент. Вызов контекстного меню осуществляется щелчком правой кнопки мыши на поле документа, элементе модели или интерфейса системы в любой момент работы. 10 Основные термины модели: Объемные элементы, из которых состоит трехмерная модель, образуют в ней грани, ребра и вершины. Грань – гладкая (необязательно плоская) часть поверхности детали. Гладкая поверхность детали может состоять из нескольких граней. Ребро – прямая или кривая, разделяющая две смежные грани. Вершина– точка на конце ребра. Кроме того, в модели могут присутствовать дополнительные элементы: символ начала координат, плоскости, оси и т.д.[5]. Общие принципы моделирования: Построение трехмерной твердотельной модели заключается в последовательном выполнении операций объединения, вычитания и пересечения над простыми объемными элементами (призмами, цилиндрами, пирамидами, конусами и т.д.)[5]. Многократно выполняя эти простые операции над различными объемными элементами, можно построить самую сложную модель. Для создания объемных элементов используется перемещение плоских фигур в пространстве. Плоская фигура, в результате перемещения которой образуется объемное тело, называется эскизом, а само перемещение — операцией. Эскиз может располагаться на одной из стандартных плоскостей проекций, на плоской грани созданного ранее элемента или на вспомогательной плоскости. Эскизы создаются средствами модуля плоского черчения и состоят из одного или нескольких контуров. Система КОМПАС-3D LT располагает разнообразными операциями для построения объемных элементов, четыре из которых считаются базовыми [5]. Операция выдавливания – выдавливание эскиза перпендикулярно его плоскости. Операция вращения – вращение эскиза вокруг оси, лежащей в его плоскости. Кинематическая операция – перемещение эскиза вдоль направляющей. Операция по сечениям – построение объемного элемента по нескольким эскизам (сечениям). Для четырех базовых операций, добавляющих материал к модели, существуют аналогичные операции, вычитающие материал. Операция может иметь дополнительные возможности (опции), которые позволяют изменять или 11 уточнять правила построения объемного элемента. Например, если в операции выдавливания прямоугольника дополнительно задать величину и направление уклона, то вместо призмы будет построена усеченная пирамида. Процесс создания трехмерной модели заключается в многократном добавлении или вычитании дополнительных объемов. 12 Практическая работа №2. Трехмерное построение многогранников в Компас 3DLT. Задание №1. Построение параллелепипеда операцией выдавливания. Цель задания: Построить трехмерную модель параллелепипеда в программе Компас 3DLT. Определения: Прямоугольный параллелепипед — параллелепипед, все грани которого являются прямоугольниками. Операция выдавливания - позволяет создать основание детали, представляющее собой тело выдавливания. Порядок выполнения задания №1 1. Запустить программу Компас 3DLT. 2. Выбрать создание детали (ФайлСоздатьДеталь). 3. Выбрать в дереве модели плоскость x-y. 4. Включить режим эскиз (кнопка панели управления). 5. На геометрической панели построения выбрать ввод прямоугольника. 6. Ввести параметры: координаты т1 (начала) - 0,0; координаты т2 (конец) - 30,50. 7. Закончить редактирование эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»). 13 8. На панели редактирования детали выбрать Операция выдавливания. 9. В окне Параметры на вкладке Операция выдавливания установить параметры: прямое направление; расстояние 40 мм (высота параллелепипеда) и нажать кнопку Создать. 10. На экране программы должно появиться цветное изображение параллелепипеда: 11. Чтобы изменить цвет граней, необходимо выбрать грань параллелепипеда и в контекстном меню выбрать Свойства грани. Выбрать Цвет и закончить редактирование кнопкой Создать объект. Контрольные вопросы к заданию №1. 1) Какие основные трехмерные геометрические объекты вы знаете? 2) Что такое изометрия? 3) Как расположены оси изометрических проекций? 4) Какой алгоритм построения трехмерной модели куба? 14 Задание №2. Построение правильной пирамиды. Цель задания: Построить трехмерную модель правильной пирамиды в программе Компас 3DLT. Определения: Пирамида называется правильной, если основанием её является правильный многоугольник, а вершина проецируется в центр основания. Порядок выполнения задания №2 1. Запустить программу Компас 3DLT. 2. Выбрать создание детали (ФайлСоздатьДеталь). 3. Выбрать в дереве модели плоскость x-y. 4. Включить режим эскиз (кнопка панели управления ). 5. На геометрической панели построения выбрать ввод многоугольника. 6. Ввести параметры: количество вершин 6; координаты центра - 0,0; диаметр окружности - 50 мм. 7. Закончить редактирование эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»). 8. На панели редактирования детали выбрать Операция выдавливания. 9. В окне Параметры на вкладке Операция выдавливания установить параметры: прямое направление; расстояние 50 мм (высота пирамиды); уклон – внутрь; угол уклона - 26° и нажать кнопку Создать. 10. На экране программы должно появиться изображение правильной пирамиды. 15 Контрольные вопросы к заданию №2. 1)Что такое правильные многогранники? 2) Как построить эскиз многоугольника? 3) Что означает операция Уклон внутрь? 4) Какой алгоритм построения трехмерной модели трехгранной призмы? Задание №3. Построение усеченной пирамиды. Цель задания: Построить трехмерную модель усеченной пирамиды в программе Компас 3DLT. Определения: Усечённой пирамидой называется многогранник, заключённый между основанием пирамиды и секущей плоскостью, параллельной её основанию. Операция вырезание выдавливанием - позволяет вырезать из модели формообразующий элемент. Порядок выполнения задания №3 1. Запустить программу Компас 3DLT. 2. Выбрать создание детали (ФайлСоздатьДеталь). 3. Выбрать в дереве модели плоскость x-y. 4. Включить режим эскиз (кнопка панели управления). 5. На геометрической панели построения выбрать ввод многоугольника. 6. Ввести параметры: количество вершин 5; координаты центра - 0,0; диаметр окружности -50 мм; угол - 90°. 16 7. Закончить редактирование эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»). 8. На панели редактирования детали выбрать Операция выдавливания. 9. В окне Параметры на вкладке Операция выдавливания установить параметры: прямое направление; расстояние 50 мм (высота пирамиды); уклон – внутрь; угол уклона - 26° и нажать кнопку Создать. 10. На экране должно появиться изображение правильной пирамиды. 11. Выбрать в дереве модели плоскость x-y. 12. Выбрать команду в вкладке Вспомогательная геометрия Смещенная плоскость. Установить следующие параметры: направление смещения – прямое; расстояние – 35 мм. Нажать кнопку Создать объект. 13. Выбрать в дереве модели Смещенную плоскость 1 и включить режим эскиз. 14. На геометрической панели построения выбрать ввод окружность. 15. Ввести параметры: координаты центра - 0,0; диаметр окружности -60 мм. 16. Закончить редактирование эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»). 17 17. В дереве модели выбрать Эскиз 2. На панели редактирования детали выбрать Операция вырезания выдавливанием. 18. В окне Параметры на вкладке Операция вырезание выдавливания установить параметры: обратное направление; расстояние 30 мм и нажать кнопку |