Синхронная технология. Эскиз детали в синхронной среде Solid Edge

Содержание 

Введение……………………………………………………………………………….…3

      1Основные принципы 3D моделирования ……………………………………...4

2 Создание  объёмных элементов…………………………………………….......5

      3 Эскизы и операции……………………………………………………………...7

      4 Основные термины 3D модели………………………………………………...9

      5 Основание модели …………………………………………………………….10

      6 Синхронная технология.  Эскиз  детали в синхронной среде  Solid Edge…..12

Заключение …………………………………………………………………………….17

Приложение А (Справочное) Библиографический список……………………….…18 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение 

         Различные возможности  и границы применения вычислительной техники для автоматизации проектирования определяются уровнем формализации научно-технических знаний в конкретной отрасли. Чем глубже разработана теория того или иного класса технических систем, тем большие возможности объективно существуют для автоматизации процесса их проектирования.

         Применение ЭВМ  при проектно-конструкторских работах в своем развитии прошло несколько стадий и претерпело значительные изменения. С появлением вычислительной техники был сделан акцент на автоматизацию проектных задач, имеющих четко выраженный расчетный характер, когда реализовывались методики, ориентированные на ручное проектирование. Затем, по мере накопления опыта, стали создавать программы автоматизированных расчетов на основе методов вычислительной математики (параметрическая оптимизация, метод конечных элементов и т. п.). С внедрением специализированных терминальных устройств появляются универсальные программы для ЭВМ для решения как расчетных, так и некоторых рутинных проектных задач (изготовление чертежей, спецификаций, текстовых документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется автоматизации расчетно-конструкторских работ при проектировании типовых узлов и агрегатов, когда синтез конструкции проводится эвристически, а основные параметры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и ЭВМ.

    Ярко  выраженная полярность систем программного обеспечения САПР, существовавшая долгие годы, предлагала на выбор или мощные дорогостоящие “тяжелые” системы (класса CATIA, EUCLID, CADDS5, Pro/Engineer, Unigraphics) или “легкие” продукты, в основном отвечающие за выпуск чертежно-конструкторской документации или обеспечивающие ограниченное твердотельное моделирование. В данные системы программного обеспечения САПР вложены общие принципы параметрического твёрдотельного моделирования.

    Твёрдотельное 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.  
 
 

      1  Основные принципы 3D моделирования 

      Во  всех современных системах трёхмерного  моделирования построение твёрдотельной  модели выполняется по общему принципу, который заключается в последовательном выполнении операций объединения, вычитания и пересечения над объёмными элементами (призмами, цилиндрами, пирамидами, конусами и т.д.) На рисунке 1 показан пример построения простой модели с помощью упомянутой последовательности операций. 

Рисунок 1 - Построение простой модели 

      Вначале создаётся прямоугольная призма, лежащая в основании детали (1). Затем к модели добавляется цилиндрическая бобышка путём объединения призмы с цилиндром (2). К получившемуся в результате телу добавляется усечённая пирамида (3). Наконец, в модели выполняется построение отверстия путём вычитания из неё цилиндра (4).

      Многократно выполняя эти простые операции над  различными объёмными элементами можно  построить самую сложную модель. 
 
 
 
 
 

2 Создание объёмных элементов 

      Для создания объёмных элементов используется перемещение плоских фигур в пространстве. В процессе перемещения эти фигуры ограничивают часть пространства, которая и определяет форму элемента. Ниже показаны типовые перемещения плоских фигур и полученные в результате объёмные элементы различной формы.

      Перемещение прямоугольника в направлении, перпендикулярном его плоскости, приведёт к формированию призмы, которую можно рассматривать как прямоугольную пластину определённой толщины (рис. 2).

Рисунок 2 - Перемещение прямоугольника в  направлении, перпендикулярном его плоскости 

      В результате поворота ломанной линии  на 360˚ вокруг оси, лежащей в плоскости  ломанной, будет сформирован объёмный элемент. Этот элемент будет представлять собой вал, состоящий из цилиндрических  и конических участков (рис. 3). 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 3 – Вал полученный поворотом  ломанной линии вокруг оси 

      Если  окружность переместить вдоль направляющей кривой, то будет получен объёмный элемент, представляющий собой круглый  стержень определённого диаметра и  формы (рис. 4). 

Рисунок 4 – Стержень полученный перемещением окружности вдоль направляющей кривой 
 

      Объёмный  элемент может быть сформирован  на основе эскизов, которые рассматриваются  как сечения элемента в нескольких плоскостях (рис. 5). 

Рисунок 5 – Объёмный элемент 
 

      3 Эскизы и операции 

      Плоская фигура, в результате перемещения  которой образуется объёмное тело называется эскизом, а само перемещение - операцией 

      Эскизы 

      Эскиз может располагаться на одной  из стандартных плоскостей проекций, на плоскости грани созданного ранее элемента, или на вспомогательной плоскости, положение которой определено пользователем.

      Эскизы  изображаются средствами модуля плоского черчения и состоят из отдельных  графических примитивов: отрезков, дуг, окружностей, ломанных линий и т.д. При этом доступны все команды построения и редактирования изображения средства создания параметрических зависимостей и различные сервисные возможности.

      В эскиз можно скопировать изображение  и созданного ранее чертежа или  фрагмента, это позволяет при создании трёхмерной модели использовать существующие плоские чертежи. 

      Операции 

      Можно выделить четыре самые важные операции для построения объёмных элементов. Они используются чаще остальных, и  создание трёхмерной модели обычно начинается с использования одной из этих команд – это уже рассмотренные выше типовые перемещения плоских фигур:

• Операция выдавливания – выдавливание эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза;
• Операция вращения – вращение эскиза вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза;
• Кинематическая операция – перемещение эскиза вдоль направляющей;
• Операция по сечениям – построение объёмного элемента по нескольким эскизам (сечениям).

      Операция  может иметь дополнительные возможности (опции), которые позволяют изменять или уточнять правила построения объёмного элемента. Например, если в операции выдавливания прямоугольника дополнительно задать величину и направление уклона, то вместо призмы будет построена усечённая пирамида (рис. 6).

Рисунок 6 – Усечённая пирамида 

      Таким образом, процесс создания трёхмерной модели заключается в многократном добавлении или вычитании дополнительных объёмов. Каждый из них представляет собой элемент, образованный при  помощи операций над плоскими эскизами, но из этого правила есть исключение. Например, такие элементы, как фаски или скругления не нуждаются в создании эскизов. 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 объёма из детали могут быть различные отверстия, проточки, канавки, пазы, а примерами добавления объёма – бобышки, выступы, рёбра (рис. 7). 
 
 
 
 

Рисунок 7 – Вычитание объёма из тела 
 

      4 Основные термины 3D модели 

      Объёмные  элементы, из которых состоит трёхмерная модель, образуют в ней грани, рёбра, 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.
• Тело детали - замкнутая и непрерывная область пространства, ограниченная гранями детали. Считается, что эта область заполнена однородным материалом, из которого изготовлена деталь.

      Кроме того в модели могут присутствовать дополнительные элементы: символ начала координат, плоскости и оси (рис. 8.).  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 8 - Объёмные элементы, из которых состоит трёхмерная модель 
 

      5 Основание модели 

      Построение  модели начинается с создания её основания – первого формообразующего элемента. Основание есть у любой детали и оно всегда одно. Понятно, что создание основания всегда связано с добавлением материала, так как до его появления вычитать материал просто не из чего.

      В качестве основания можно использовать любой из четырёх основных типов формообразующих элементов: элемент выдавливания, элемент вращения, кинематический элемент и элемент по сечениям.

      Чаще  всего в качестве основания следует  использовать тот элемент детали, к которому удобнее добавлять все прочие элементы. Часто такой подход полностью или частично повторяет технологический процесс изготовления детали (рис. 9).

Рисунок 9 – Основание и дополнительные элементы детали

      В качестве основания можно рассматривать  элемент детали, относительно которого заданы положение, размеры или форма  большинства других элементов (рис. 10). 

Рисунок 10 – Основание и дополнительные элементы детали 

      В некоторых случаях в качестве основания следует рассматривать наиболее сложный элемент детали, который можно построить одной командой или к которому впоследствии нужно добавить минимальное количество прочих элементов. В частности, вполне возможна такая ситуация, когда деталь полностью или в значительной степени состоит из одного основания (рис. 11). 
 

Рисунок 11 – Деталь, состоящая из одного основания 
 

      6 Синхронная технология.  Эскиз детали в синхронной среде Solid Edge 

 В синхронной среде есть несколько принципиальных отличий в применении эскизов и их функциях при построении 3D-моделей. Так же как и в традиционной среде, геометрия 2D-эскиза определяет форму сечения конструктивного элемента для создания в твердом теле. В синхронной детали нет отдельной команды «Создать эскиз», а следовательно, нет и самой среды создания эскизов и профилей. Вся 2D-геометрия создается непосредственно в 3D. Но, тем не менее, эскизы, построенные в 3D, располагаются на плоской грани или базовой плоскости. Для построения эскиза вы можете зафиксировать плоскую грань или базовую плоскость. На рис. 12 приведен пример эскиза в синхронной среде детали Solid Edge. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рисунок 12 – Пример эскиза в синхронной среде 
 

      Для создания конструктивных элементов  нужно, чтобы элементы эскиза и ребра детали образовывали замкнутые области. В синхронной детали появился специальный алгоритм, распознающий замкнутые области, причем состоящие не только из линий эскиза, но и включающие в себя кромки модели. Причем данный алгоритм значительно упрощает создание 3D-элементов за счет специального элемента интерфейса (манипулятора).

      Алгоритм  распознавания замкнутых областей можно и отключить. В таком случае 3D-элементы создаются обычным способом через выбор соответствующей формообразующей команды.

      Ключевое отличие в поведении и роли эскизов в синхронном моделировании состоит в том, что эскизы не управляют конструктивными элементами. Можно управлять эскизом, как и прежде, с помощью взаимосвязей и размеров, но никакие геометрические связи в эскизе не мигрируют в созданный конструктивный элемент. Система сама определяет в созданном конструктивном элементе касательные, параллельные, копланарные и совпадающие грани за счет функции «Текущих правил». Лишь размерные связи по возможности мигрируют из эскиза на ребра элемента, когда создается конструктивный элемент. Такие мигрировавшие размеры становятся управляющими, т.е., изменяя такой размер, изменяется конструктивный элемент. Геометрия эскиза, по которому уже создан конструктивный элемент, помещается в узел «Использованные эскизы» в Навигаторе. Плоская геометрия, построенная на копланарных гранях, объединяется в один эскиз. Оставшаяся и неиспользованная геометрия эскиза остается в узле «Эскизы». 

      Построение  эскизов деталей 

      Чтобы создать 3D-элемент в среде синхронной детали, также строятся эскизы, чтобы определить форму детали до построения конструктивного 3D-элемента. Можно строить эскиз в базовых плоскостях главной системы координат либо на плоской грани или вспомогательной плоскости. Затем возможно использовать эти эскизы для создания основных формообразующих конструктивных элементов на основе эскиза, таких как элементы выдавливания, вращения, выступ по сечениям, по направляющим. Базовые плоскости главной системы координат обычно используются для построения первого эскиза для исходного тела новой детали. 

      Области эскиза 

      Когда строятся плоские элементы эскиза, которые образуют замкнутую фигуру, то замкнутая площадь автоматически отображается как область эскиза. Области эскиза можно использовать для построения конструктивных элементов. Области эскиза формируются автоматически, когда элементы эскиза замыкаются сами (А, рис. 13) или когда элементы эскиза и ребра модели образуют замкнутую область (В, рис. 13).

Рисунок 13 – Области эскиза

      Добавление размеров и геометрических связей

      На  эскиз детали можно добавить размеры  и геометрические связи для управления размером, формой и положением элементов  эскиза. Также возможно поместить размеры и геометрические связи относительно начала системы координат. Это может быть особенно полезно для симметричных деталей при их дальнейшем изменении. Например, размеры 8 мм и 15 мм помещены относительно осей X и Z главной системы координат (рис. 14).

Рисунок 14 – Образмеренный эскиз 
 

      Редактирование эскизов  

      Редактирование  элементов эскиза происходит за счёт использования команд: «Продлить до пересечения», «Отсечь», «Зеркально отразить», «Масштабировать», «Повернуть», «Растянуть» и т.д.  

      Плоские построения и навигатор 

      Построенные эскизы отображаются в навигаторе. навигатор также показывает главную систему координат, главные базовые плоскости, построенные конструктивные элементы, построенные эскизы, использованные эскизы, связи и т.д. Можно отобразить или скрыть отдельные эскизы или все эскизы в документе, используя галочки в навигаторе и команды в контекстном меню навигатора. Когда эскиз выбран в навигаторе, можно использовать команды из контекстного меню, чтобы:

            • удалить эскиз;

            • скопировать, вырезать и вставить эскизы;

            • переименовать эскиз;

            • работать с пользовательскими  наборами. 

      Восстановление эскизов 

      Любой эскиз в синхронной среде может  быть использован многократно, т.е. по одному и тому же эскизу можно  создавать множество конструктивных элементов. Но однократно использованный эскиз перемещается в узел «Использованные эскизы». Чтобы восстановить его исходное положение, необходимо использовать команду «Восстановить» в контекстном меню, когда эскиз выбран. Это удобно, когда необходимо использовать эскиз для построения другого конструктивного элемента в модели или если был удалён конструктивный

элемент, построенный на основе использованного  эскиза. 

      Области 

      Область — это вспомогательный объект, используемый для создания твердотельного конструктивного элемента, состоящего из плоских и неплоских граней (рис. 15). Область является замкнутой фигурой, образованной элементами эскиза или комбинацией элементов эскиза и ребер детали. Этот тип объекта применяется только в синхронной среде детали и позволяет существенно ускорить построение конструктивных элементов с помощью инструмента «Выбор» и специальных манипуляторов. Области формируются при построении геометрии 2D-эскиза на

плоскости эскиза или гранях детали. Области  создаются автоматически только в том случае, когда ряд элементов эскиза или ребер модели образует замкнутую фигуру. Алгоритм распознавания областей можно отключить, в таком случае построение конструктивных элементов происходит традиционным способом: сначала выбирается команда создания элемента, потом геометрия. Области можно выбрать по методу «объект-действие» или «действие-объект». Метод «объект-действие» подразумевает сначала выбор объекта, а затем команду по работе с объектом. Метод «действие-объект» работает наоборот: сначала выбирается действие (команда) , а затем объекты (геометрия).

Рисунок 15 – Примеры областей

      Открытые  эскизы  

      Открытый  эскиз — это эскиз, который  некопланарен с гранью тела или копланарен с гранью тела, но не касается ребра  грани либо частично пересекает ребро грани, но не создает область (рис. 16). Область создается, если открытый эскиз соединяется с ребром копланарной грани или пересекает ребро копланарной грани, при этом образуя замкнутый контур.

      В случае открытых эскизов можно использовать команду «Выдавливание» для создания элемента тела. Для этого необходимо определить сторону открытого эскиза для добавления материала, и эскиз автоматически продлится до следующей грани, чтобы создать элемент тела. Данная возможность является отличительной особенностью Solid Edge и является частью технологии работы с открытым профилем (эскизом).

Рисунок 16 – Открытый эскиз 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение 

      В данном реферате были рассмотрены основные методы создания трёхмерных моделей, так же были рассмотрены основные понятия и терминология трёхмерного моделирования. Были отображены отличия принципов синхронной технологии создания 3D моделей и поведение эскиза в среде проектирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Приложение  А

(справочное)

Библиографический список 

1. Потемкин  А.Е. Твердотельное моделирование в системе КОМПАС-3D.-СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 512 с.
2. Е.Кудрявцев. КОМПАС-3D V6.- Издательство ДМК-Пресс,2003.- 528 с.
3. Потемкин А.Е.Трёхмерное твердотельное моделирование.- Издательство КомпьютерПресс, 2002. –296 с.
4. Хохленков Р. Solid Edge с синхронной технологией. – БХВ-Петербург, 2002. – 301 с.