2.3.4. Общие принципы моделирования детали
В современных системах трехмерного моделирования построение твердотельной модели осуществляется последовательным выполнением операций объединения, вычитания и пересечения объемных элементов (призм, цилиндров, пирамид, конусов и т.п.). На рисунке 15 показан пример последовательности операций.
К прямоугольной призме в основании детали (1) путем объединения добавляется цилиндрическая бобышка (2), затем усеченная пирамида (3). Путем вычитания цилиндра (4) в модели выполняется построение отверстия.
Рисунок 15
Варьируя эти простые операции, можно построить достаточно сложную модель.
2.3.4.1 Создание объемных элементов
Для создания объемных элементов используется перемещение плоских фигур в пространстве. Ниже показаны несколько типовых перемещений и полученные в результате объемные элементы различной формы.
Перемещение прямоугольника в направлении, перпендикулярном его плоскости, определяет призму, или прямоугольную пластину (рисунок 16).
Рисунок 16
Поворотом ломаной линии на 360° вокруг оси в одной с ней плоскости будет сформирован вал, состоящий из цилиндрических и конических участков (рисунок 17).
Перемещением окружности вдоль направляющей кривой получен круглый стержень (рисунок 18).
 |
 |
2.3.4.2 Эскизы и операции
Плоская фигура, в результате перемещения которой образуется объемное тело, называется эскизом, а само перемещение — операцией.
Эскиз может располагаться в одной из стандартных плоскостей проекции, на плоской грани объемного тела или на вспомогательной плоскости, определенной пользователем.
Эскизы выполняются модулем плоского черчения и состоят из комбинаций графических примитивов: отрезков, дуг, окружностей, ломаных линий и т.п.
В эскиз можно скопировать изображение из созданного ранее чертежа или фрагмента. Это позволяет при создании трехмерной модели использовать существующие плоские чертежи.
KОMПAC-3D V7 располагает разнообразными средствами для построения объемных элементов. К базовым типам операций можно отнести следующие:
- операция выдавливания — выдавливание в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза;
- операция вращения — вращение вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза;
- кинематическая операция — перемещение эскиза вдоль направляющей;
- операция по сечениям — построение объемного элемента по эскизам его сечений плоскостями (рисунок 19).
Рисунок 19
Операция может иметь дополнительные возможности (опции), которые позволяют изменять или уточнять правила построения объемного элемента. Например, если в операции выдавливания прямоугольника дополнительно задать величину и направление уклона, то вместо призмы будет построена усеченная пирамида (рисунок 20).
Рисунок 20
Таким образом, процесс создания трехмерной модели заключается в добавлении или вычитании дополнительных объемов, образованных при помощи операций над плоскими эскизами. При выборе операции нужно в первую очередь определить, будет ли создаваемый элемент вычитаться из имеющегося на данный момент тела, или добавляться к нему. Примерами вычитания объема из детали могут быть различные отверстия, проточки, канавки, пазы, а примерами добавления объема — бобышки, выступы, ребра (рисунок 21).
Рисунок 21
2.3.4.3 Основные термины трехмерной модели
Объемные элементы в трехмерной модели, образуют грани, ребра и вершины, характеристика которых приведена в таблице 1.
Таблица 1
Грань |
Гладкая (необязательно плоская) часть поверхности детали. Поверхность детали может состоять из нескольких граней |
Ребро |
Прямая или кривая, разделяющая две смежные грани |
Вершина |
Точка на конце ребра |
Тело детали |
Замкнутая гранями детали непрерывная область пространства. Считается, что эта область заполнена однородным материалом детали |
Кроме того, в модели могут присутствовать дополнительные элементы, например: символ начала координат, плоскости и оси (рисунок 22).
Рисунок 22
Построение детали начинается с основания — первого формообразующего элемента. Основание есть у любой детали и всегда одно. Понятно, что построение основания всегда связано с добавлением объемного элемента, так как вычитать просто не из чего.
В качестве основания можно использовать любой из четырех основных типов: элемент выдавливания, элемент вращения, кинематический элемент и элемент по сечениям.
При создании модели всегда встает вопрос о том, какой из ее элементов использовать в качестве основания. Для этого надо хотя бы приблизительно представлять конструкцию будущей детали.
Чаще всего в качестве основания берут тот элемент детали, к которому удобнее добавлять все прочие элементы. Обычно такой подход полностью или частично повторяет технологический процесс изготовления детали (рисунок 23).
Рисунок 23
В качестве основания можно рассматривать элемент детали, относительно которого заданы положение, размеры или форма большинства других элементов (рисунок 24).
Рисунок 24
В некоторых случаях в качестве основания следует рассматривать наиболее сложный элемент детали, к которому впоследствии нужно добавить минимальное количество прочих элементов. В частности, возможна ситуация, когда деталь полностью или в значительной степени состоит из одного основания (рисунок 25).
Рисунок 25
2.3.4.4 Требования к эскизам
Как правило, эскиз представляет собой сечение будущего объемного элемента.
Одним из основных понятий при описании эскиза является контур. При построении эскиза под контуром понимается любой линейный графический объект или совокупность последовательно соединенных линейных объектов (отрезков, дуг, ломаных, сплайнов и т.д.).
Основные требования, предъявляемые к контурам, изложены ниже.
1) Контур в эскизе всегда отображается стилем линии Основная.
При создании чертежей, фрагментов и эскизов, KOMПAC-3D V7 поддерживает все стили линий, предусмотренные стандартом: основные, тонкие, осевые, утолщенные и т.п. (рисунок 26). Но в формировании объемных элементов система учитывает только основные линии, другие стили, игнорируются. Отличить основные линии очень просто: они имеют синий цвет. По умолчанию, все геометрические объекты создаются именно этим стилем.
2) Контуры в эскизе не пересекаются и не имеют общих участков.
Если эскиз не отвечает этому требованию, система просто не сможет правильно сформировать на его основе объемный элемент. На рисунке 27 показаны примеры ошибок, связанных с нарушением этого условия.
Слева вверху показано самопересечение контура. В таком случае необходимо удалить выступающие участки.
Справа вверху показан случай пересечения двух контуров. Для исправления ошибки следует полностью или частично удалить один из контуров.
Справа внизу показан частный случай пересечения двух контуров — контуры имеют общую точку.
Рисунок 26
Рисунок 27
3) В эскизе основания детали может быть один или несколько контуров.
4) Если контур один, то он может быть разомкнутым или замкнутым.
5) Если контуров несколько, то все они должны быть замкнутыми;
6) Если контуров несколько, то один из них должен быть наружным, а другие — вложенными в него.
7) Допускается только один уровень вложенности контуров.
2.3.4.5 Параметризация в эскизах
Одним из важных инструментов КОМПАС-3D V7 для создания «гибких» моделей является параметрический эскиз операции.
Обычный чертеж содержит лишь информацию о составляющих его объектах. Например, для каждого отрезка хранятся его параметры: координаты: конечных точек и стиль линий. Даже если два отрезка имеют общую точку, указанную с использованием привязки, информация о координатах этой точки хранится для каждого отрезка независимо. В результате перемещения одного из отрезков, их общая точка будет потеряна.
Параметрический эскиз, кроме данных об объектах, содержит информацию о связях между объектами и о наложенных на объекты ограничениях.
Под связями между объектами понимается зависимость между параметрами этих объектов. Например, одной из наиболее распространенных видов связи является Совпадение точек. Если два отрезка имеют такую связь, то система автоматически поддерживает непрерывное равенство координат этой точки для обоих отрезков. Можно перемещать любой из отрезков, но не удастся разорвать их в точке связи.
Под ограничениями понимается зависимость между параметрами отдельного объекта или равенство параметра константе. Например, если на отрезок наложено ограничение Вертикаль, то система автоматически обеспечивает непрерывное равенство координат по оси X его конечных точек. Такой отрезок можно перемещать, удлинять или укорачивать, но его нельзя наклонить.
Накладывая на объекты связи и ограничения, пользователь постепенно формирует параметрическую модель — устойчивый комплекс объектов, элементы которого непрерывно находятся в параметрической зависимости. Такая модель может динамично менять свою форму без нарушения связей между элементами.