ВВЕДЕНИЕ

      Данные  методические указания являются своеобразным введением в моделирование трёхмерных объектов и построения соответствующих чертежей в пакете AutoCAD.

      Создание  трёхмерного объекта позволяет  наглядно представить его форму. Трёхмерные модели применяются для создания чертежей, так как при трёхмерном проектировании создание пространственной модели предшествует построению чертежа, т.е. сначала создаётся модель, а затем по ней строятся проекции (виды, разрезы, сечения). Модели, созданные трёхмерными, могут быть каркасными, поверхностными или твердотельными.

      Самый современный метод является создание твёрдотельных моделей. Твердотельное моделирование единственное средство, которое обеспечивает полное описание трёхмерной геометрической формы. Неоспоримыми преимуществами такого моделирования являются:

      а) полное определение объёма;

      б) обеспечение автоматического удаления невидимых линий;

      в) автоматизированное построение трёхмерных разрезов и сечений изделия.

      В данных методических указаниях рассматривается трёхмерное моделирование на основании твёрдотельных объектов типа solids (монолитный). При создании таких объектов следует помнить, что многие команды пакета AutoCAD используются, как в двухмерной технологии создания чертежа (2D), так и в трёхмерной технологии (3D). Поэтому для успешной работы с пакетом необходимо освоить приёмы работы построения чертежей по 2D-технологии, а также знать правила выполнения чертежей в соответствии с требованиями ГОСТов.

1. Цели  ЗАДАНИЯ

     1.Усвоение  правил построения комплексных чертежей деталей, состоящих из набора различных геометрических тел, например: призм, пирамид, цилиндров, конусов, сфер и т.п.

     2.Усвоение  и практическое применение:

     а) ГОСТ 2.301 – 68 Форматы

     б) ГОСТ 2.302 – 68 Масштабы

     в) ГОСТ 2.303 – 68 Линии

     г) ГОСТ 2.304 – 81 Шрифты чертежные

     д) ГОСТ 2.305 – 81 Изображения – виды, разрезы, сечения

     е) ГОСТ 2.306 – 68 Графическое обозначение  материалов и правила  нанесения их на чертежах

     ж) ГОСТ 2.307 – 68 Нанесение размеров и  предельных отклонений

     з) ГОСТ 2.317 – 69 Аксонометрические проекции

     и) ГОСТ 2.104 – 68 Основные надписи чертежа 

     3.Приобретение  первоначальных навыков выполнения  графических работ с использованием компьютерной графики пакета AutoCAD 2000…2004.  

2. Объем и оформление задания

     Задание выполняется на листах форматов А4 (210´297) и А3(297´420). Оно содержит:

1. Титульный лист контрольной работы “Проекционное черчение”;
2. Работа №1. Модель (А3)
3. Работа №2. Выполнение ломаного разреза (А4)
4. Работа №3. Выполнение ступенчатого разреза (А3)

     В работе №1 требуется, смоделировав “solid-model” (согласно полученному варианту), выполнить её чертеж в масштабе М 1:1 (рис.1):

1. половину вида спереди в сочетании с половиной фронтального разреза;
2. вид сверху;
3. половину вида спереди в сочетании с половиной профильного разреза;
4. нанести необходимые размеры модели (для простановки размеров должны быть использованы все три изображения);
5. построить вынесенное сечение плоскостью «А – А», проходящей через середину высоты модели под углом  60° к горизонту;
6. построить стандартную прямоугольную изометрическую проекцию модели с вырезом её одной четверти между осями X и Y (по согласованию с преподавателем возможно выполнение данной части работы отдельно на формате А4).

      Исходные  данные в работе №2: виды спереди  и сверху какой-либо детали. На одном из них заданы проекции секущих плоскостей «А – А».

     Требуется:

1. прочесть заданный согласно варианту комплексный чертеж и уяснить конструкцию детали, изображенной на этом чертеже;
2. построить заданные виды в масштабе 1:1;
3. на месте одного из видов в зависимости от расположения на исходном чертеже секущих плоскостей построить указанный ломаный разрез А – А;
4. нанести необходимые размеры детали (для простановки размеров должны быть использованы оба изображения).

      Исходные  данные в работе №3: виды спереди  и сверху какой-либо детали. На виде сверху показаны и обозначены проекции секущих плоскостей А – А и Б – Б.

      Требуется:

1. прочесть заданный комплексный чертеж и уяснить конструкцию детали, изображенной на этом чертеже;
2. построить на месте вида спереди ступенчатый разрез А – А,  на месте вида слева ступенчатый разрез Б – Б, вид сверху в масштабе 1:1;
3. нанести необходимые размеры детали (для простановки размеров должны быть использованы все изображения).

Рисунок 2 
 

3. ТРЁХМЕРНЫЕ  ПРИМИТИВЫ. ОСОБЕННОСТИ  ИХ ПОСТРОЕНИЯ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ПСК

     Одна  из главных задач при работе с  трехмерными моделями – формирование изображения объекта в различных  направлениях проецирования. Комбинация пользовательских систем координат и направлений проецирования позволяет формировать и изменять любой трехмерный объект.

     Напомним, что в AutoCAD все геометрические объекты  привязываются к глобальной прямоугольной системе координат, которая называется мировой системой координат МСК (маленький прямоугольник на значке пиктограммы в месте пересечения осей). По умолчании именно она устанавливается при создании нового чертежа. Ориентация осей МСК относительно графической зоны окна AutoCAD общепринятая: ось Х горизонтальна и направлена вправо, ось Y направлена вертикально вверх (двумерный чертеж). Отсчет углов идет против часовой стрелки от направления оси Х (это направление по ассоциации с картографией часто называют направлением на восток).

     При создании трехмерной модели эта ориентация осей дает вид сверху. Но AutoCAD предлагает десять типовых направлений проецирования (сверху, снизу, слева, справа, спереди, сзади, изометрические юго-западный, юго-восточный, северо-восточный, северо-западный), вызов которых можно осуществить из меню ВидÞ3D Виды или с помощью панели инструментов Вид.

1. Формирование типовых твердотельных примитивов

     В системе AutoCad существует ряд простейших твердотельных объектов (ящик, сфера, цилиндр, конус, клин и тор). Для того чтобы их задать следует выбрать  команду ЧерчениеÞТела и выбрать нужную фигуру. Кроме этого, можно воспользоваться панелью инструментов Тела. Установку панели удобнее выполнить, воспользовавшись контекстным меню, которое вызывается щелчком правой кнопки мыши по любой пиктограмме.

      Рассмотрим  построение каждого твердого тела отдельно.

        Команда Ящик (Box). После выполнения команды система запрашивает координаты ближнего левого нижнего угла (угол ящика), которые вводятся с клавиатуры, через запятую (по умолчанию координаты этого угла совпадают с началом координат). После этого следует запрос на ввод координат дальнего, правого верхнего угла (Угол). Если выбрать опцию Куб, система запросит длину стороны куба и после этого будет построен куб с заданным размером. При выборе опции Длина, система будет строить параллелепипед, последовательно запрашивая длину, ширину и высоту фигуры (следует помнить, что длина фигуры будет совпадать с направлением оси Х, ширина –оси Y, высота –с Z). Основание параллелепипеда ориентировано параллельно текущей плоскости XY.

     Упражнение 1. Построение параллелепипеда

• Откройте AutoCAD и сразу сохраните файл на диске. Выполните команду ВидÞ3D ВидыÞЮЗ Изометрия.
• Создайте слой Контур (сплошная линия черного цвета толщиной 1 мм). Установите этот слой текущим.
• Команда: ящик (Команда: box).
• Угол ящика или [Центр] <0,0,0>: - закончите команду клавишей Enter – координаты ближнего левого угла ящика совпадут с началом координат.
• Угол или [Куб/Длина]: Д  – выбрана опция Параллелепипед).
• Длина: 120 (Введите длину: 120).
• Ширина: 60 (Введите ширину: 60).
• Высота: 40 (Введите высоту: 40).

      Построен  параллелепипед с длиной 120 мм, шириной 60 мм и высотой 40мм.

      Упражнение 2. Построение куба

• Команда: ящик.
• Угол ящика или [Центр] <0,0,0>: - нажмите Enter.
• Угол или [Куб/Длина]: к  – выбрана опция Куб.
• Длина: 100  – построен куб с длиной 100 мм.

     Упражнение 3. Построение параллелепипеда по двум вершинам

• Команда: box.
• Угол ящика или [Центр] <0,0,0>: Enter.
• Угол или [Куб/Длина]: 100,50,30  – введены координаты правого верхнего угла.

        Команда Клин (Wedge) помогает строить твердотельную призму, представляющую собой половину параллелепипеда, разделенного по диагонали; поэтому  диалог этих команд почти одинаков и также начинается с определения координат ближнего левого нижнего угла основания призмы. Основание клина всегда параллельно плоскости XY текущей ПСК, а его наклонное ребро ориентировано вдоль оси X.

     Упражнение 4. Перенесите начало координат в любую  точку листа и  повторите упражнения 1-3, заменяя команду Ящик командой Клин.

         Команда Цилиндр (Cylinder) предлагает два варианта построения: эллиптический или круговой цилиндр, причем последний определен по умолчанию. Плоскость основания параллельна плоскости XY, высота – параллельна оси Z. Количество образующих зависит от текущей установки переменной ISOLINES. Вначале задаются координаты центра нижнего основания. Вслед за этим предлагается задать радиус или диаметр основания, причем для задания диаметра нужно выбрать опцию [Диаметр]. За определением радиуса или диаметра основания необходимо ввести высоту цилиндра (выбор по умолчанию). Если вместо высоты цилиндра выбрать опцию [Центр другого основания] и указать координаты центра второго основания либо направление и длину высоты, то определится пространственное положение цилиндра, которое может быть любым (можно построить наклонный цилиндр).

     Упражнение 6. Включите режим объектной привязки (кнопка ПРИВЯЗКА). Установите начало координат на середину ближайшего ребра длиной 120 мм параллелепипеда (см. упражнение 1).

• Команда - цилиндр (Команда: cylinder).
• Текущая плотность каркаса: ISOLINES=4 (кол-во образующих четыре).
• Центральная точка основания цилиндра или [Эллиптический] <0,0,0>: Enter  – центр основания цилиндра совпадает с началом координат.
• Радиус основания цилиндра или [Диаметр]: 30 (задаем радиус основания цилиндра равным 30).
• Высота цилиндра или [Центр другого основания]: 50.

        Команда Конус (cone) создает прямой конус, основанием которого является круг или эллипс. По умолчанию его основание лежит в плоскости XY, а высота перпендикулярна ей. Количество образующих, как и для цилиндра, определяется переменной ISOLINES. Сначала задаются координаты центра основания, затем радиус или диаметр основания. После определения радиуса или диаметра основания необходимо ввести высоту конуса (выбор по умолчанию). Указав отрицательное значение высоты, можно получить перевернутый конус. Конус может быть наклонен к плоскости XY, если задать координаты вершины, для этого используется опция Вершина.

        Команда Шар (Sphere) создает твердотельный шар. При этом задаются ее центр и радиус (или диаметр). Количество образующих определяется переменной ISOLINES. Изменить значение этой переменной можно командой СервисÞ Настройка… После выбора этой команды появится диалоговое окно Настройка, в нем следует выбрать вкладку Экран. В ней найти раздел Экранное разрешение  и установить в поле Число образующих в поверхностях другое число образующих.

      Осталось  рассмотреть только построение твердотельного тора. Построение этого объекта освойте самостоятельно.

2. Создание  моделей твердых  тел из существующих двумерных форм

      При формировании монолитного примитива можно использовать способ создания двумерной формы с последующим ее превращением в трехмерную путем выдавливания или вращения.

      AutoCAD располагает для этого командами Выдавить и Вращать, которые перемещают двумерный шаблон для создания твердотельного объекта. Пиктограммы  команд находятся на панели инструментов Тела. Кроме этого, можно воспользоваться командами меню ЧерчениеÞТела.

       Команда Выдавить (extrude) означает добавление третьего измерения (высоты – Z) к двумерным формам, которые созданы такими командами, как Круг, Многоугольник, Прямоугольник, Полилиния, Эллипс, Сплайн, Область.

     Выдавливание  можно осуществлять в одном из двух направлений: 1) перпендикулярно плоскости формы; 2) вдоль заданного пути (Path). По умолчанию двумерная форма выдавливается перпендикулярно своей плоскости вне зависимости от ориентации текущей ПСК. Используя опцию Траектория, можно выдавливать замкнутые двумерные формы вдоль любого пути, заданного отрезком, дугой, сплайном или полилинией.

      Для выдавливания можно задать угол сужения. Стороны тела в этом случае сужаются под заданным углом. Если ввести отрицательный угол сужения, стороны будут расширены.

        Команда Вращать (revolve) создает тело путем вращения двумерной формы-шаблона вокруг выбранной оси. Двумерная форма может быть объектом типа Полилиния, Прямоугольник, Круг, Эллипс, Сплайн или Область. Одновременно можно вращать только один объект. Сплайны и полилинии, выбранные для вращения, должны быть замкнутыми. При выполнении команды сначала указывается объект для вращения, затем указывают ось вращения (начальная точка оси вращения или [Объект /X(ось)/Y (ось)]). То есть ось вращения можно указать несколькими методами: выбрать две точки; выбрать объект (отрезок или сегмент полилинии); выбрать ось Х или Y. Далее в ответ на приглашение Угол вращения <360>: нажмите <Enter> для вращения объекта на 360º или задайте угол – положительный или отрицательный.

3. Создание  сложных тел

      Сложные тела создаются из простых с помощью  операций объединения, вычитания и пересечения. AutoCAD располагает для этого командами Объединение, Вычитание, Пересечение, которые позволяют собирать конструкцию из трехмерных примитивов. Пиктограммы команд находятся на панели инструментов Редактирование тела. Можно воспользоваться также меню ИзменитьÞ Редактирование тел.

        Команда Объединить (union) объединяет указанные примитивы или составные тела, формируя единое составное тело. Как правило, для этой цели выбирают тела, которые являются отдельными, но располагаются в  одной области пространства (можно объединить и непересекающиеся тела). Команда создает одно тело, объем которого включает объемы, занимаемые всеми выбранными телами. AutoCAD рассчитывает и отображает все образующиеся при этом линии пересечения поверхностей.

     Команда: Объединить

     Выберите  объекты: (выберите два или более тела)

     Выберите  объекты: Enter – завершение выбора

        Команда Вычитание (subtract) вычитает объем одного набора тел из другого набора. Каждый набор может включать в себя одно или несколько тел. При работе с командой сначала необходимо выбрать набор тел, которые останутся (исходные объекты), затем – набор, который необходимо вычесть из первого набора. Например, чтобы создать ящик с отверстием, сначала размещают в занимаемом им пространстве цилиндр. Затем вычитают объем цилиндра из объема ящика. Причем, даже если высота цилиндра больше высоты ящика, высота отверстия не превысит высоту параллелепипеда. Если в ответ на запрос Выберите тела или области для вычитания... выбрать несколько тел, то они автоматически объединяются.

     Команда: Вычитание - Выберите тела и области, из которых будет выполняться вычитание...

      Выберите  объекты: (выберите одно, два или более тел)

      Выберите  тела или области  для вычитания  ...

      Выберите  объекты: (выберите одно, два или более  тела)

      Выберите  объекты: Enter – завершение выбора

        Команда Пересечение (intersect) создает составные тела, определяя пересечение двух и более указанных тел. В составное тело включается часть пространства, которая принадлежит  всем выбранным объектам.

4. использование команд вид и построение

для создания чертежей в нескольких проекциях

     Команда Вид создает в пространстве листа новые слои и новые видовые экраны, в которых отображается конфигурация трехмерной модели. Команда Построение создает новые двухмерные объекты на новых слоях. Она проецирует конфигурацию модели на двухмерную плоскость, используя для представления ребер соответствующие линии (непрерывные или штриховые). Команда Построение применяется только к видовым экранам, созданным командой Вид. Ниже приведен алгоритм действий при использовании этих команд для создания двухмерных чертежей из трехмерных моделей.

1. Алгоритм  использования команд ВИД и ПОСТРОЕНИЕ

1. Начертите конфигурацию детали в пространстве модели. Создайте ПСК, параллельную фронтальной плоскости объекта.
2. Активизируйте вкладку ЛИСТ 1.
3. Выполните команду Черчение ÞТела ÞПодготовка ÞВид.
4. Используйте опцию Пск этой команды для создания фронтальной проекции (вида). Можно задать расположение и масштаб вида.
5. Используйте опцию Орто для создания других проекций. Как правило, требуется горизонтальная и профильная проекции.
6. Если необходимо построить сечение или вспомогательный вид, используйте для его создания опцию Сечение или Дополнительный.
7. Вызовите команду Построение. Используйте ее для создания проекций модели на двумерные плоскости. При этом на соответствующих слоях, образованных командой Вид, создаются новые двумерные конфигурации.
8. Заморозьте слой модели и слой VPORTS. Создайте новый слой с именем TITLE и начертите или вставьте блок штампа и рамку в пространстве листа.
9. Затем нанесите размеры на двухмерные чертежи в слое «*-DIM», созданном  командой Вид.

       Команда Вид (solview) создает новые видовые экраны пространства листа и автоматически задает правильное направление взгляда для каждого вида. Вы выбираете нужные виды и положение каждого из них. Команда Вид также создает новые слои, которые затем будут использованы командой Построение. Рассмотрим опции этой команды.

     Опция Пск создает вид, представляющий собой проекцию модели на плоскость XY пользовательской системы координат. Как правило, опция Пск является лучшим способом создания первого вида, на основе которого строятся все остальные. Все прочие опции команды требуют наличие первого вида. Вы можете выбрать положение вида, а также задать его размер.

5. Методика  выполнения работ  по 2D и 3D технологиям

построения чертежа в пакете AutoCAD

1. Выполнение  аксонометрической  проекции

    Выполнение  аксонометрической проекции “solid-модели” (твёрдотельной) по заданному наглядному изображению (рис.4).  

Рисунок 4 

1. Выполнение модели (“в пространстве модели”) начинаем с её основания – призмы (рис.4):

     Черчение (моделирование, draw) Þ сплошные (твёрдые тела, solids) Þ бокс (ящик, box).

     На  первый запрос в командной строке указать начальные или центровые координаты призмы (должна быть включена английская раскладка клавиатуры). Вводим, например:

     Первый  угол или [Центр]: 150,150 – Enter.

Далее отвечаем на все предлагаемые действия (команды) следующим образом:

     Другой  угол или [Куб/Длина]: Д – Enter.

     Длина: 130 – Enter.

     Ширина: 70 – Enter.

     Высота  или [2 Точки]: 15 – Enter.

     В результате на экране появится изображение призмы (вид сверху по умолчанию) с заданными размерами ребер.

2. Переведем полученное изображение призмы в аксонометрическую проекцию:

     Вид(View) Þ 3D-виды(3D Views) Þ ЮЗ изометрия(SW isometric).

     Полученное  изображение отрегулируем («в масштабе реального времени») до приемлемых для дальнейших построений размеров. Данные манипуляции выполняют при помощи двух специальных кнопок на стандартной панели управления: .

3. Для построения цилиндрических поверхностей модели (см. рис.4) на призме необходимо зафиксировать точку дальнейших отсчётов, т.е. выполнить объектную привязку (установка пользовательской системы координат ПСК (UCS)). В качестве такой точки удобно использовать верхнюю ближайшую вершину призмы. В дальнейшей работе месторасположение ПСК можно неоднократно менять, исходя из рациональности последующих построений. Для фиксации ПСК в выбранной вершине призмы на стандартной панели нажимаем и удерживаем кнопку выбора системы координат до появления «выпадающего» меню. В нем щёлкаем по кнопке «начало ПСК» левой кнопкой мыши (в дальнейшем ЛЩ). Указываем мышью выбранную вершину призмы и выполняем ещё один ЛЩ мышью. В этом месте появится специальный значок ПСК, который и указывает начало координат на данный момент времени.
4. Построение наружного цилиндра Æ50:

      Черчение (рисование, draw) Þ сплошные (твёрдые тела, solids) Þ цилиндр (cylinder).

      Далее отвечаем на все предлагаемые действия (команды):

      Центр основания или [3Т/ 2T/ Эллиптический] <0,0,0> 65,35,0 – Enter.

      Радиус  основания или [Диаметр] 25 – Enter.

      Высота  или [2 Точки / Конечная точка оси] 50 – Enter.

      В результате на экране появится изображение цилиндра установленного по центру призмы.

5. Объединение двух созданных объектов (призмы и цилиндра) в единую solid-модель (твёрдотельную).

      Изменить (modify) Þ редактирование тел (solids editing) Þ объединение (union).

      На  запрос: выбор объекта выполняем: ЛЩ мыши по любой линии призмы (указываем, что объединяем), затем ЛЩ по любой линии цилиндра (с чем объединяем), ПЩ (в дальнейшем правый щелчок мыши). В результате этой операции получена единая твёрдотельная модель.

6. Построение внутреннего цилиндрического отверстия Æ30:

      Черчение (рисование, draw) Þ сплошные (твёрдые тела, solids) Þ цилиндр (cylinder).