Тольятти 2009

Тольяттинский государственный университет

КАФЕДРА " Оборудование и технология сварочного производства и пайки "

Трехмерное моделирование в среде АutoCАD2000

Методические указания к лабораторной работе А6

по дисциплине " Параметрическое моделирование технических объектов"

Тольятти 2009

УДК 621.52

Трехмерное моделирование в среде АutoCАD2000: Метод. ука­зания/ Сост. А.Л. Федоров - Тольятти: ТГУ, 2009.

Изложены цель и программа лабораторной работы по дисциплине «САПР в сварке», особенности трехмерного моделирования с использованием программы АutoCАD2000, даны указания по подго­товке к работе и ее выполнению.

Для студентов очной и заочной форм обучения спец. 150202

Библиогр.: 4 назв.

Составитель Федоров А.Л.

Научный редактор Перевезенцев Б.Н.

Утверждено редакционно-издательской секцией методического совета института.

© Тольяттинский политехнический институт, 2005.

1. Цель работы

Получение основных понятий о трехмерном моделировании и соответствующих навыков работы.

2. Построение твердых тел и их изменения

2.1. Создание трехмерных моделей из простейших трехмерных геометрических объектов

По методам создания трехмерные модели подразделяются на каркасные, поверхностные и твердотельные. В каркасной модели (модель из спичек) определяются либо координаты точек вершин либо отношения сторон. В поверхностной модели описание объекта производится через образующие его поверхности. Модели, созданные с применением этих традиционных методов проектирования зачастую не содержат всей требуемой информации. Здесь под информацией понимаются данные, относящиеся к физическим свойствам моделируемого объекта. Например, модель, построенная с использованием поверхностного моделирования, может не содержать информации, достаточной (с математической точки зрения) для вычисления массы изделия. Массу можно определить зная объем и плотность материала, однако, точное определение объема поверхностной модели может оказаться невозможным. Зачастую у поверхностной модели невозможно определить центр или момент инерции и т.д. Каркасное моделирование дает проектировщику еще меньше информации о свойствах объекта.

Твердотельное описание – геометрическая модель «внутренне заполненная». Твердотельные модели фундаментально отличаются от каркасной или поверхностной и, как правило, предоставляют проектировщику весь комплекс информации, необходимой для проектирования и расчетов над моделью. Насколько успешно моделирование справляется с этой задачей, зависит от используемых методов проектирования. Твердотельное моделирование позволяет проектировщику создать модель объекта, используя первичные строительные блоки (простейшие геометрические объекты), называемые примитивами. Чтобы создать модель, нужно выбрать примитивы, которые затем можно скомбинировать.

В тяжелых системах САD/САМ с полученными твердыми телами при наличии соответствующего программного обеспечения можно проводить целый комплекс расчетов: кинематических, прочностных, мультипликацию, на которой наглядно видно взаимодействие деталей разработанного механизма.

К недостаткам твердотельного проектирования следует отнести: необходимость перестройки мыслительного процесса конструкторов; необходимость существенных затрат и дополнительных вычислительных ресурсов.

Выбор простейших геометрических объектов ПГО в программе АСАD2000 ограничен следующим: параллелепипед, шар, тор, конус, цилиндр, клин. Компонуя вышеперечисленные объекты, проводя над ними операции объединения, вычитания, пересечения, перемещения, отрезая ненужное, выполняя скругления и фаски, можно получить обширную номенклатуру твердых тел.

В программе АСАD2000 можно создать ПГО, последовательно активируя пункты:

- Черчение верхнего горизонтального меню;

- Тела в развернувшемся вертикальном меню;

- пункт требуемого ПГО.

При активации, например, пункта Ящик (параллелепипед) в нижней строчке экрана появляется надпись Specify corner of box or [Center]. Машина предлагает ввести координаты угла (по умолчанию) или центра параллелепипеда в декартовой системе координат, начальная точка в левом нижнем углу экрана, положительное направление оси Х - вправо, У- вверх, Z - из экрана на пользователя.

Если требуется ввести координаты центра параллелепипеда, то вначале нажимаем клавишу С, затем Enter, после чего вводим координаты.

Необязательно вводить численные значения координат. Можно “привязать” угол или центр к уже построенному геометрическому объекту, например, к центру окружности или иным геометрическим объектам, допустим, к пересечению двух кривых. Для привязки достаточно навести курсор мышью на данную точку, при этом точка будет выделена окружностью, и нажать левую кнопку мыши. Вид геометрического объекта, к которому производится привязка, устанавливать, как указано в п. 3.1.

После ввода координат угла или центра параллелепипеда в нижней строчке экрана появляется надпись Specify corner or [Cube/Lenght]. Нажимая клавишу L, затем Enter, мы идентифицируем длину ребра параллелепипеда. Вводим последовательно длину (вдоль оси Х), ширину - У, высоту - Z, причем при вводе положительных значений соответствующий отрезок будет отложен в положительном направлении оси, отрицательных – в отрицательном направлении оси. Нажимая С, затем Enter, идентифицируем длину ребра куба. После ввода данных значений параллелепипед построен.

Для облегчения визуального анализа построенных объектов вначале последовательно активируем пункты:

- Вид горизонтального меню;

- Тени в развернувшемся вертикальном меню;

- Тени Гуро в развернувшемся подменю.

Для перемещения и поворота объекта активируем пункты:

- Вид горизонтального меню;

- 3-д динамический вид в развернувшемся вертикальном меню

или нажимаем кнопку “ ” на второй сверху строке. Затем нажав и не отпуская левую клавишу мыши, последовательно перемещаем ее. Объект на экране дисплея при этом будет перемещаться и поворачиваться.

Для перемещения объекта по экрану без его поворотов активируем пункты:

- Вид;

- Панорама;

- Реальное время

или нажимаем кнопку “ ” на панели “стандартные инструменты” (вторая сверху строка). После этого необходимо нажать левую клавишу мыши и, не отпуская перемещать мышь требуемым образом.

Активируя кнопку “ ”, можно увеличивать или уменьшать изображение на экране. Если нажать и не отпускать левую кнопку мыши, перемещая курсор вверх по экрану, изображение будет увеличиваться, если вниз по экрану – уменьшаться.

Аналогично производится построение остальных ПГО. Например, при построении шара активируем пункт Шар. В нижней строчке экрана появляется надпись Specify center of sphere. Вводятся численные значения координаты центра сферы. Возможен ввод как численных значений, так и привязка центра к точке соответствующего геометрического объекта, как было указано выше.

После ввода координат центра сферы в нижней строчке экрана появляется надпись Specify radius оf sphere or [Diameter]. По умолчанию вводится радиус сферы. Нажимая D, затем Enter, вводим диаметр сферы.

При построении цилиндра активируем пункт Цилиндр. В нижней строчке экрана появляется надпись Specify center point for base of cylinder or [Elliptical]. По умолчанию вводятся координаты центра базы (окружность) цилиндра. Если нажать Е затем Enter, то в качестве базы цилиндра будет эллипс. Возможен ввод как численных значений, так и привязка центра к точке соответствующего геометрического объекта, как было указано выше.

После ввода координат центра окружности в нижней строчке экрана появляется надпись Specify radius for base of cylinder or [Diameter]. По умолчанию вводится радиус базы цилиндра. Если нажать D и Enter, вводится диаметр базы цилиндра. После ввода диаметра или радиуса появляется надпись Specify height of cylinder or [Center of other end]. Вводится высота цилиндра: со знаком “+” в положительном направлении оси Z со знаком “-” в отрицательном направлении оси Z. Если нажать C и Enter, то будет предложено ввести координаты центра второй окружности. При работе по первому варианту высота будет параллельна оси Z, а база параллельна плоскости ХУ, при работе по второму варианту высота может быть не параллельна оси Z а база не параллельна плоскости ХУ.

Аналогично построению цилиндра производится построение конуса. Активируется пункт Конус. В нижней строчке экрана появляется надпись Specify center point for base of cоne or [Elliptical]. По умолчанию вводятся координаты центра базы (окружность) конуса. Если нажать Е затем Enter, то в качестве базы конуса будет эллипс. Возможен ввод как численных значений, так и привязка центра к точке соответствующего геометрического объекта. После ввода координат центра окружности появляется надпись Specify radius for base of cоne or [Diameter]. По умолчанию вводится радиус базы конуса, если ввести D, то вводится диаметр базы конуса. После ввода диаметра или радиуса появляется надпись Specify height of cone or [Apex]. По умолчанию вводится высота конуса, со знаком “+” будет отложена в положительном направлении оси Z, со знаком “-” в отрицательном направлении оси Z. Если ввести А, то будет предложено ввести координаты вершины конуса. При работе по первому варианту высота конуса будет параллельна оси Z, а база конуса параллельна плоскости ХУ, при работе по второму варианту высота может быть не параллельна оси Z, а база не параллельна плоскости ХУ.

Для построения тора активируется пункт Тор. Появляется надпись Specify center of torus. Возможен ввод как численных значений координаты центра тора, так и привязка центра к точке соответствующего геометрического объекта. После ввода появляется надпись Specify radius of torus or [Diameter], вводится радиус или после предварительного ввода D с клавиатуры – диаметр, появляется надпись Specify radius of tube or [Diameter], вводится радиус или диаметр трубы тора. Тор располагается параллельно плоскости ХУ.

Для построения клина активируется пункт Клин. Появляется надпись Specify first corner of wedge or [CEnter]. По умолчанию вводятся координаты угла, при вводе С – центра основания клина (как и в случае с параллелепипедом). Координаты вводятся с клавиатуры, или производится привязка точки к уже созданным геометрическим объектам. Затем появляется надпись Specify corner or [Cube/Length]. Нажимая L и Enter, мы идентифицируем длину ребер параллелепипеда. Вводим последовательно длину (вдоль оси Х), ширину У, высоту Z, причем, при вводе положительных значений соответствующий отрезок будет отложен в положительном направлении оси, отрицательных – в отрицательном направлении оси. Нажимая С и Enter, идентифицируем длину ребра куба.

Убрать ненужный или неправильно построенный объект можно последовательно активируя пункты:

- Изменить горизонтального меню;

- Стереть вертикального меню.

В нижней строчке появляется надпись Select objects. Для выбора объектов нужно навести квадратный курсор на требуемый объект, нажать левую клавишу мыши. Если выделение прошло успешно, на объекте будет показан каркас тела или ПГО. Так выделяем все требуемые объекты и нажимаем Enter.

2.2. Корректировки трехмерных моделей

Следующий этап - изменение построенных геометрических объектов. Основные операции: объединение, вычитание, пересечение. Следует отметить, что данные операции возможны только в случае касания объектов друг с другом. Отдельно расположенные объекты так не изменить. Для того чтобы объединить два и более геометрических тела, последовательно активируем пункты:

- Изменить горизонтального меню;

- Правка твердых тел вертикального меню;

- Объединение в развернувшемся подменю.

В нижней строчке появляется надпись Select objects. Для выбора объектов нужно навести квадратный курсор на требуемый объект (предварительно выполнив операции Вид, Тени, Тени Гуро и повернув или переместив объект на экране так, чтобы обеспечить удобный доступ ко всем ПГО), нажать левую клавишу мыши. Если выделение прошло успешно, на объекте будет показан каркас тела или ПГО. Так выделяем все требуемые объекты и нажимаем Enter.

Для вычитания одного объекта из другого последовательно активируем Изменить, Правка твердых тел и Вычитание. Вначале, как описано выше, выделяем тело, из которого вычитаем, после выделения нажимаем Enter, затем выделяем тело, которое вычитаем и нажимаем Enter.

Для пересечения двух и более объектов активируем Изменить, Правка твердых тел и Пересечение. Последовательно выделяем все тела, пересечение которых требуется получить, и нажимаем Enter.

Получение скруглений, плавных сопряжений между плоскостями геометрического объекта и фасок обеспечивается активацией пункта Изменить горизонтального меню. Если требуется плавное сопряжение, то в развернувшемся вертикальном меню активируем Сопряжение. Высвечивается надпись Select first object or [Polyline/Radius/Trim]. По умолчанию производится выбор ребра между двумя плоскостями, где требуется скругление. Квадратный курсор навести мышью на данное ребро, затем нажать левую клавишу мыши. Ребро выделится пунктиром, появится надпись Enter fillet radius < 10.0000>. Число в скобках < > показывает текущее значение радиуса, который будет введен по умолчанию при нажатии Enter. Численное значение радиуса можно изменить с клавиатуры. Появляется надпись Select an edge or [Chain/Radius], нажимаем Enter, и машина выполняет сопряжение.

Аналогично выполняются фаски. Активируется пункт Изменить, затем Фаска. Появляется надпись Select first line or [Polyline/Distance/Angle/Trim/Method]. Квадратный курсор навести мышью на данное ребро, затем нажать левую клавишу мыши. Плоскость, которой принадлежит ребро, выделится пунктиром, появится надпись Enter surface selection option [Next/OK (current)] < OK>, нажать Enter. Машина предложит ввести размер сначала одного катета фаски, параллельного выделенной первоначально плоскости, Specify base surface chamfer distance < 10.0000>. Число в скобках < > показывает текущее значение катета, который будет введен по умолчанию, численное значение катета можно изменить с клавиатуры. После ввода первого катета машина предложит ввести другой катет, перпендикулярный первоначально выделенной плоскости, Specify other surface chamfer distance < 10.0000>. Ввод осуществлять аналогично. Появится надпись Select an edge or [Loop], причем выделение плоскости исчезнет, следует выделить ребро и нажать Enter.

Для того, чтобы отрезать ненужную часть объекта плоскостью, последовательно активируем пункты:

- Черчение верхнего горизонтального меню;

- Тела в развернувшемся вертикальном меню;

- Разрез в развернувшемся подменю.

В нижней строчке появляется надпись Select objects. Для выбора объектов нужно навести квадратный курсор на требуемый объект и нажать левую клавишу мыши. Если выделение прошло успешно, на объекте будет показан каркас тела или ПГО. Затем нажимаем Enter. Появится надпись < 3 points>. Машина предлагает ввести координаты трех точек, определяющих положение плоскости в пространстве. Можно последовательно ввести координаты (X, Y, Z) каждой точки с клавиатуры, завершая ввод координат каждой точки нажатием клавиши Enter. Можно точки, определяющие положение плоскости, “привязать” к уже построенным геометрическим объектам как указано в п. 3.1. Иногда требуется сначала создать вспомогательный геометрический объект, двумерный или объемный, а затем “привязать” к нему точки определяющие положение плоскости. Впоследствии, за ненадобностью вспомогательный объект удаляется. После введения координат всех трех точек появится надпись Specify a point on desired side of the plane or [keep Both sides] Наводим курсор на ту часть объекта, которая остается и нажимаем левую кнопку мыши. Ненужная часть объекта удаляется. Если ввести с клавиатуры В, то плоскость рассечет объект на два самостоятельных объекта, каждый из которых останется.

2.3. Работа с системой координат

Характерной особенностью построения отдельных объектов является их ориентация относительно системы координат. Например, высота цилиндра, конуса направлена параллельно оси Z. Если есть необходимость ориентировать высоту объекта, например, вдоль оси У, то один из вариантов – изменить ориентацию системы координат так, чтобы ось Z новой системы была параллельна оси У исходной системы. Активируем пункт горизонтального меню Инструменты, затем Создать ПСК вертикального меню, и в развернувшемся подменю выбираем ось (Х, У или Z), вокруг которой требуется повернуть текущую систему координат. В нижней строчке экрана появится надпись Specify rotation angle about Y axis < 90>. По умолчанию угол поворота 90^о, но его можно изменить, введя с клавиатуры требуемое число. После нажатия Enter производится поворот.

В ряде случаев, для облегчения взаимной привязки объектов, требуется перенести систему координат в какую-то точку пространства. Для этого активируем пункт горизонтального меню Инструменты, затем Копировать ПСК вертикального меню. Появится надпись Specify new origin point or [Zdepth]. Затем привязываем систему координат в пространстве аналогично привязке ПГО, т.е. можно задать численные значения новых координат или “привязать” к точкам построенных геометрических объектов, как указано в п. 3.1. Если ввести с клавиатуры Z, то системe координат можно переместить в направлении оси Z, появится надпись Specify Zdepth < 0>. Вводим численное значение расстояния на которое следует переместить систему координат, нажимаем Enter.

2.4. Изменение ориентации построенных объектов в пространстве

В некоторых случаях как при построении так и при анализе твердого тела требуется повернуть его вокруг какой-то линии на заданный угол. Для этого активируем Изменить, затем Повернуть, появится надпись Select objects. Помечаем объект, нуждающийся в повороте, как было указано в п. 2.2., нажимаем Enter. Появляется надпись Specify base point. Указываем координаты точки, через которую проходит линия, параллельная оси Z, вокруг которой необходимо повернуть объект, или производим привязку точки к уже имеющимся геометрическим объектам. Появляется надпись Specify rotation angle or [Reference]. Вводим численное значение угла поворота с клавиатуры и нажимаем Enter или, производя манипуляции мышью, производим поворот, контролируя угол визуально, и, нажав левую клавишу мыши, фиксируем поворот.

Функция Копировать позволяет копировать объект в требуемую точку пространства, причем копируемый объект остается на месте, а ориентация сторон копируемого объекта относительно осей координат, например параллельность, сохраняется. Применять данную функцию можно, например, для получения большого количества однотипных объектов. Достаточно построить один объект и затем расположить его в требуемых точках пространства. Активируем Изменить, затем Копировать, появится надпись Select objects. Помечаем объект, нажимаем Enter, появляется надпись Specify base point or displasement or [Multiple]. Производя манипуляции мышкой, выделяем курсором базовую точку на объекте, нажимаем левую клавишу мыши, появляется надпись displasement or < use first point as displasement>, вводим с клавиатуры новые координаты базовой точки, нажимаем Enter или выделяем новую точку на уже построенных объектах мышью, нажимаем левую кнопку мыши. Происходит перемещение объекта.

Функция Перенести позволяет переместить объект в требуемую точку пространства, причем исходный объект удаляется, а ориентация сторон перемещаемого объекта относительно осей координат, например параллельность, сохраняется. Последовательность действий при реализации данной функции такая же, как и при реализации функции Копировать.

Получить большое количество однотипных объектов, причем с заданным расстоянием между ними, можно активируя функцию Массив. После появления надписи Select objects производится выбор объекта по стандартной методике. Появится надпись Еnter the type of array [Rectangular/Polar] < R>.

Если выбрать Rectangular введя R, то объект перемещается вдоль осей Х и У, в плоскости, параллельной плоскости ХУ. Появится надпись Enter the number of rows (---) < 1> вводится количество объектов, расположенных вдоль оси У. После надписи Enter the number of columns (

Lt; 1> вводится количество объектов, расположенных вдоь оси Х. Появится надпись Enter the distance between rows or specify unit cell (---):, вводится расстояние между объектами вдоль оси У. После надписи Specify the distance between columns (): вводится расстояние между объектами вдоль оси Х. Если выбрать Polar, введя Р, то объект поворачивается вокруг оси, параллельной оси Z. Последовательно, после появления соответствующих надписей, вводится координата точки, через которую проходит прямая, вокруг которой происходит вращение объекта, количество объектов, величина угла на котором располагаются поворачиваемые объекты, и необходимость поворота объекта вокруг центральной оси.   3. Вспомогательные функции при работе с твердыми телами   3.1. Привязка объектов Как было указано выше, не обязательно вводить координаты какой – либо контрольной точки ПГО, с тем чтобы определить его местоположение в пространстве, с клавиатуры. Контрольную точку можно “привязать” к точкам уже построенных объектов. Конкретизировать вид точки можно на дополнительной панели. Для ее создания активируем Вид затем Панели инструментов. В развернувшемся окне Панели инструментов перемещаем бегунок, наведя на него курсор мышью и нажав левую клавишу мыши, до надписи Привязка объекта, отпускаем бегунок, наводим курсор на квадратик с левой стороны от надписи Привязка объекта и нажимаем левую клавишу мыши. Квадратик выделяется крестиком. С правой стороны экрана появляется панель с соответствующими пиктограммами. Нажимаем кнопку Закрыть на панели инструментов. Возможен второй путь построения панели. Наводим курсор на кнопку «», расположенную на второй сверху строке. Нажимаем правую клавишу мыши, в развернувшемся вертикальном меню активируем Привязка объекта. С правой стороны экрана появляется панель с соответствующими пиктограммами. Функции пиктограмм на созданной панели следующие: «» - привязка к центру окружности; «» – привязка к квадранту окружности; «» – привязка к точке касания окружности прямой; «» – привязка к конечной точке отрезка; «» - привязка к середине отрезка; «» – привязка к пересечению прямых; «» – привязка к видимому пересечению (коллинеарные прямые); «» – привязка к перпендикуляру.   3.2. Изменение цвета объекта В ряде случаев для облегчения ориентировки или в силу необходимости требуется выделить геометрический объект заданным цветом. Активируем Формат, затем Цвет. В развернувшейся панели предлагается богатый выбор самых разнообразных цветов и их оттенков, выбираем курсором требуемый и нажимаем кнопку Ок. Построенные впоследствии объекты будут окрашены выбранным цветом. Например, при объединении объектов, окрашенных разными цветами, у каждой бывшей части нового объекта остается прежний цвет. При вычитании одного объекта из другого формируемая плоскость в объекте, из которого вычитается другой объект, будет окрашена как вычитаемый объект. Если необходимо изменить цвет поверхности, например грани, активируем пункты: - Изменить горизонтального меню; - Правка твердых тел вертикального меню; - Цвет поверхности в развернувшемся подменю. Выделяем поверхность, цвет которой необходимо изменить, нажимаем Enter, разворачивается панель, где курсором выбираем нужный цвет, и отвечаем Ок. Поверхность будет окрашена в выбранный цвет.   4. Задание на работу   Получить у преподавателя чертеж или макет геометрического объекта. Условно разбить его на составляющие простейшие геометрические объекты. Разработать последовательность построения компьютерной модели объекта, записать в отчет. С помощью преподавателя запустить на выполнение программу АСАD2000. Изучить особенности интерфейса программы. Создать трехмерную модель объекта, продемонстрировать преподавателю. С помощью преподавателя, используя графический редактор «Paint», распечатать общий вид разработанной модели на принтере.   5. Программа работы   1. Изучить основные понятия по теме " Трехмерное моделирование". 2. Ознакомиться с основными принципами трехмерного моделирования в среде АСАD2000. 3. Получить у преподавателя исходные данные для расчета, зарисовать в отчет изометрию модели и записать последовательность разработки модели. 4. Освоить разработку простых твердотельных моделей на компьютере. 5. Создать компьютерную модель объекта, распечатать на принтере. 6. Оформить отчет, продемонстрировать его преподавателю.   6. Содержание отчета. 1. Цель работы. 2. Программа работы. 3. Изометрия модели с вычленением составляющих ПГО. 4. Последовательность создания модели заданного объекта. 5. Распечатка разработанной модели. 6. Выводы.  

Вопросы для самоконтроля

1. Что называют параметризацией?

2. Что называют параметром?

Рекомендуемая литература

1. Милбрук М., Смит Б. АutoCАD2000 для «чайников»/Пер. с англ.: Учеб. пособие. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2000. – 400 с.

2. Хауз Р. Использование АutoCАD2000. Специальное издание/Пер. с. англ.: Учеб. пособие. – М.: Издательский дом «Вильямс», 2000 – 832 с.

3. Фалькенштейн Э. АutoCАD2000. Библия пользователя/Пер. с англ. – К.; - М.; СПб: Диалектика, 2001. – 1040 с.

4. Федоренков А.П., Басов К.А., Кимаев А.М. АutoCАD2000: практический курс. – М.: Десс, 2000. –528 с.