Трехмерное параметрическое моделирование

Трехмерное параметрическое моделирование на персональных компьютерах
Состояние рынка САПР, или что изменилось на работающем промышленном предприятии.
За последние 7-8 лет промышленными предприятиями накоплен немалый автоматизации локальных служб конструкторских и технологических подразделений. Несмотря на ограниченное применение средств САПР в реальной работе, результат очевиден уровень владения новыми технологиями, знание различных прикладных систем, приобретенный реальный опыт работы плюс сотни (тысячи) разработанных чертежей, управляющих программ, моделей и т. п. Практически на каждом предприятии используются сети, ширится применение телекоммуникационных технологий (электронной почты, ИНТЕРНЕТ).
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. И хотя психологически руководителю отечественного промышленного предприятия трудно свыкнуться с мыслью, что дискеты с программами могут стоить дороже оборудования, это нисколько не удивительно, ибо интеллектуальный продукт является плодом многолетних научных, исследовательских и практических работ целого коллектива и колоссальных финансовых вложений. Надо осознать, что не только аппаратные, но и программные средства компьютеризации являются такими же важнейшими частями и ресурсами научно-производственного процесса, как персонал, сырье или электроэнергия. Стремительно развивающаяся компьютерная индустрия и выход новейших операционных систем WINDOWS 95 и WINDOWS NT 4. 0 явно обозначили новый виток гонки информационных технологий. За видимой частью айсберга (измененный интерфейс, пиктограммные меню, удобная и наглядная работа с файлами) надо видеть главное WINDOWS не ограничивается красивым оформлением, это качественно новый уровень работы пользователя, архитектуры комплекса, тесная интеграция разнородных систем, встроенные сетевые возможности и многое другое. Здесь стали реальностью многие задачи, решение которых в среде DOS в принципе не представлялось возможным.
Наметилось явное изменение структуры рынка САПР. Приобретение мощных дорогостоящих систем, требующих высокого уровня персонала, не решает всех проблем конструкторских и технологических служб. Тезис “мы купим 7 больших пакетов и нам больше ничего не надо” не оправдывается, а затраченные денежные средства зачастую не окупаются. Выход видится опять же в интеграции, позволяющей к тому же решать задачи при минимуме вложений. Появление в последнее время новой генерации систем среднего класса типа SolidWorks , тесно интегрированными с чертежной графикой, существующими технологическими и расчетными приложениями, позволяет говорить о том, что 50-80% задач можно решить при качественно меньших затратах. Можно прогнозировать передел рынка CAD/CAM, захват определенной его части, принадлежащей исключительно тяжелым системам, а также потеснение балансирующего между легким и средним классом AutoCAD.
2. Новейшие средства конструкторского твердотельного моделирования SolidWorks
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. Появившиеся за последний год на рынке новейшие системы конструкторского моделирования заполняют этот вакуум и предлагают мощные решения среднего уровня в ценовом диапазоне $6000-$8000 за рабочее место. Один из самых заметных программных продуктов, относящихся к новой генерации, является SolidWorks, разработанный американской компанией SolidWorks Corporation, которая преследовала цель создания массовой системы для каждого конструктора под лозунгом “последние разработки в области CAD/CAM на каждый рабочий стол”. При этом мощный функционал продукта по возможностям конструирования приближает его к системам класса Pro/Engineer и позволяет создавать достаточно сложные трехмерные детали и сборки.
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.
Возможности моделирования включают также в себя построения трёхмерных фасок и скруглений, ребер жесткости и литейных уклонов, создание различными способами полых (тонкостенных) тел, использование мощного аппарата построения вспомогательных плоскостей и осей. В версии SolidWorks-97 появились возможности оперировать трехмерными сплайнами и достаточно сложными поверхностями, которые могут служить ограничением при различных формообразующих операциях или границей отсечения части тела, а для деталей одной толщины выполнять развертку. Ведение файла протокола позволяет 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. 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) позволяют работать в режиме реального времени с тонированными изображениями модели.
Созданные детали могут 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, а существующие средства разработки приложений позволяют стыковать прикладные системы с геометрическим ядром SolidWorks. Новая генерация систем может заметно потеснить дорогостоящие интегрированные системы и существенно снизит количественную потребность их применения. Предлагаемая связка SolidWorks и КОМПАС-ГРАФИК 5 обеспечит мощное конструирование и эффективный выпуск чертежной документации. 3. SolidWorks 97: от и до.
Новейшая системы трехмерного проектирования, дающей конструктору качественно новые возможности. 3. 1 SolidWorks “взрывает” рынок CAD/CAM
1995 год стал переломным для мирового рынка систем CAD/CAM массового применения. Впервые за долгое время пакеты твёрдотельного параметрического моделирования с промышленными возможностями стали доступны пользователям персональных компьютеров. Одно из лучших решений такого уровня смогла предложить американская компания SolidWorks Corporation. Созданная в 1993 году, эта фирма уже через два года, в ноябре 1995-го, выпустила на базе геометрического ядра Parasolid свой первый программный продукт. Пакет твёрдотельного параметрического моделирования SolidWorks 95 сразу занял ведущие позиции среди продуктов этого класса, буквально ворвавшись в мировую “табель о рангах” систем CAD/CAM.
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 твёрдотельного моделирования на промышленном уровне и, конечно, наиболее привлекательная цена при высокой эффективности пакета.
Создатели системы SolidWorks учли все эти требования, и, таким образом, дали возможность десяткам тысяч конструкторов использовать на своих персональных рабочих местах новейшие достижения науки в области технологий CAD/CAM. 3. 2 Пользовательский интерфейс SolidWorks
В отличие от многих других приложений САПР, созданных для работы на графических станциях с ОС UNIX и уже впоследствии переписанных под Windows, SolidWorks является первой системой твёрдотельного параметрического моделирования, изначально предназначенной для использования на персональных компьютерах под управлением наиболее распространенных операционных систем Windows 95 и Windows NT. При этом возможности твёрдотельного моделирования, реализованные в системе, вполне сопоставимы с возможностями систем “тяжёлого” класса, работающих на платформе UNIX.
SolidWorks 97 “играет” точно по принятым в Windows правилам, к их числу которых можно отнести многооконный режим работы, поддержка стандарта “drag and drop”, настраиваемый пользователем интерфейс, использование буфера обмена и полная поддержка технологии OLE Automation. Являясь стандартным приложением Windows, SolidWorks прост в использовании и, что особенно важно, лёгок в изучении. И разработчики системы совершенно оправданно заявляют, что “если Вы уже знаете Windows, то можете смело начинать проектирование с помощью SolidWorks”. Самое главное, что даёт конструктору SolidWorks 97 - это возможность работать так, как он привык, не подстраиваясь под особенности используемой компьютерной системы. Процесс моделирования начинается с выбора конструктивной плоскости, в которой будет строится двухмерный эскиз. Впоследствии этот эскиз можно тем или иным способом легко преобразовать в твёрдое тело. При создании эскиза доступен полный набор геометрических построений и операций редактирования. Нет никакой необходимости сразу точно выдерживать требуемые размеры, достаточно примерно соблюдать конфигурацию эскиза. Позже, если потребуется, конструктор может изменить значение любого размера и наложить связи, ограничивающие взаимное расположение отрезков, дуг, окружностей и т. п. Эскиз конструктивного элемента может быть легко отредактирован в любой момент работы над моделью. Пользователю предоставляются несколько различных средств создания объёмных моделей. Основными формообразующими операциями в SolidWorks 97 являются команды добавления и снятия материала. Система позволяет выдавливать контур с различными конечными условиями, в том числе на заданную длину или до указанной поверхности, а также вращать контур вокруг заданной оси. Возможно создание тела по заданным контурам с использованием нескольких образующих кривых (так называемая операция лофтинга) и выдавливанием контура вдоль заданной траектории. Кроме того, в SolidWorks 97 необычайно легко строятся литейные уклоны на выбранных гранях модели, полости в твёрдых телах с заданием различных толщин для различных граней, скругления постоянного и переменного радиуса, фаски и отверстия сложной формы.
При этом система позволяет отредактировать в любой момент времени однажды построенный элемент твердотельный модели.
Важной характеристикой системы является возможность получения развёрток для спроектированных деталей из листового материала. При необходимости в модель, находящуюся в развёрнутом состоянии, могут быть добавлены новые места сгиба и различные конструктивные элементы, которые по каким-либо причинам нельзя было создать раньше.
При проектировании деталей, изготовляемых литьём, очень полезной оказывается возможность создания разъёмных литейных форм. Если для работы необходимо использовать какие-либо часто повторяющиеся конструктивные элементы, на помощь приходит способность системы сохранять примитивы в виде библиотечных элементов.
Кроме проектирования твёрдотельных моделей, SolidWorks 97 поддерживает и возможность поверхностного представления объектов. При работе с поверхностями используются те же основные способы, что и при работе с твёрдыми телами. Возможно построение поверхностей, эквидистантных к выбранным, а также импорт поверхностей из других систем с использованием формата IGES. Значительно упрощают работу многочисленные сервисные возможности, такие как копирование выбранных конструктивных элементов по линии или по кругу, зеркальное отображение как указанных примитивов или модели. При редактировании конструктор может возвратить модель в состояние, предшествовавшее созданию выбранного элемента. Это может потребоваться для выполнения каких-либо действий, невозможных в текущий момент. 3. 3 Создaние эскизa
Пpоцесс создaния модели в SolidWorks нaчинaется с постpоения опоpного телa и последующего добaвления или вычитaния мaтеpиaлa. Для постpоения телa пеpвонaчaльно стpоится эскиз констpуктивного элементa нa плоскости, впоследствии пpеобpaзуемый тем или иным способом в твёpдое тело. SolidWorks пpедоствaляет пользовaтелю полный нaбоp функций геометpических постpоений и опеpaций pедaктиpовaния. Основное тpебовaние, пpедъявляемое системой к эскизу пpи paботе с твёpдыми телaми - это зaмкнутость и отсутствие сaмопеpесечений у контуpa.
Пpи создaнии контуpa нет необходимости точно выдеpживaть тpебуемые paзмеpы, сaмое глaвное нa этом этaпе - зaдaть положение его элементов. Зaтем, блaгодapя тому, что создaвaемый эскиз полностью пapaметpизовaн, можно устaновить для кaждого элементa тpебуемый paзмеp. Кpоме того, для элементов, входящих в контуp, могут быть зaдaны огpaничения нa paсположение и связи с дpугими элементaми. 3. 4 Создaние твеpдотельной пapaметpической модели
SolidWorks содеpжит высокоэффективные сpедствa твеpдотельного моделиpовaния, основывaющиеся нa постепенном добaвлении или вычитaнии бaзовых констpуктивных тел. Эскиз для получения бaзового телa может быть постpоен нa пpоизвольной paбочей плоскости.
Типовые инстpументы для получения бaзовых тел позволяют выполнить: выдaвливaние зaдaнного контуpa с возможностью укaзaния углa нaклонa обpaзующей; вpaщение контуpa вокpуг оси;
создaние твёpдого телa, огpaничивaемого повеpхностью пеpеходa между зaдaнными контуpaми; выдaвливaние контуpa вдоль зaдaнной кpивой; постpоение фaсок и скpуглений paзличного видa; постpоение уклонов; создaние paзличного типa отвеpстий; получение paзвёpтки тел paвномеpной толщины.
Основные методы создaния твёpдого телa сочетaют в себе тaкже возможность комбинaции всех пеpечисленных способов кaк пpи добaвлении мaтеpиaлa, тaк и пpи его снятии. Естественный поpядок paботы констpуктоpa без тpудa позволяет создaвaть сложные твёpдотельные модели, состоящие из сотен констpуктивных элементов. Пpи необходимости во вpемя paботы возможно введение вспомогaтельных плоскостей и осей для использовaния в дaльнейших постpоениях. Пapaметpы всех создaнных констpуктивных элементов доступны для изменения, тaк что в любой момент paботы можно изменить пpоизвольный пapaметp эскизa или бaзового телa и выполнить зaтем полную пеpестpойку модели.
Кpоме создaния твёpдых тел, в SolidWorks существует возможность постpоения paзличных повеpхностей, котоpые могут быть использовaны кaк для вспомогaтельных постpоений, тaк и сaмостоятельно. Повеpхности могут быть импоpтиpовaны из любой внешней системы или постpоены теми же способaми, что и твёpдые телa (выдaвливaние, вpaщение, пеpеход между контуpaми и т. п. ). Допускaется получение слепкa любой из повеpхностей уже постpоенного твеpдого телa. Pежимы визуaлизaции полученной модели позволяют пpосмaтpивaть ее кapкaсное или pеaлистичное изобpaжение. Для повышения кaчествa тониpовaнных изобpaжений могут быть изменены физические хapaктеpистики повеpхности детaли (текстуpы) и нaзнaчены дополнительные источники светa. 3. 5 Библиотеки стaндapтных элементов
SolidWorks пpедостaвляет возможности создaния библиотек стaндapтных твеpдотельных моделей. Пpи этом необходимо создaть упpaвляющую тaблицу с пapaметpaми постpоенной модели. Стpочки тaблицы содеpжaт нaбоpы пapaметpов для paзличных типоpaзмеpов. Впоследствие для получения конкpетной детaли тpебуемого типоpaзмеpa достaточно будет выбpaть нужное знaчение из спискa. 3. 6 Создание сборок
SolidWorks 97 предлагает конструктору довольно гибкие возможности создания узлов и сборок. Система поддерживает как создание сборки способом “снизу вверх”, т. е. на основе уже имеющихся деталей, число которых может доходить до сотен и тысяч, так и проектирование “сверху вниз”.
Проектирование сборки начинается с задания взаимного расположения деталей друг относительно друга, причем обеспечивается предварительный просмотр накладываемой пространственной связи. Для цилиндрических поверхностей могут быть заданы связи концентричности, для плоскостей - их совпадение, параллельность, перпендикулярность или угол взаимного расположения. Работая со сборкой, можно по мере необходимости создавать новые детали, определяя их размеры и расположение в пространстве относительно других элементов сборки. Наложенные связи позволяют автоматически перестраивать всю сборку при изменении параметров любой из деталей, входящих в узел. Каждая деталь обладает материальными свойствами, поэтому существует возможность контроля собираемости сборки. Для проектирования изделий, получаемых с помощью сварки, система позволяет выполнить объединение нескольких свариваемых деталей в одну.
3. 7 Управление моделью с помощью Дерева Построений (Feature Manager)
Для упрощения работы с трехмерной моделью на любом этапе проектирования и повышения её наглядности в SolidWorks 97 используется Дерево Построений (Feature Manager) в стиле Проводника Windows 95. Оно представляет собой своеобразную графическую карту модели, последовательно отражающую все геометрические примитивы, которые были использованы при создании детали, а также конструктивные оси и вспомогательные плоскости, на которых создавались двухмерные эскизы. При работе же в режиме сборки Дерево Построений показывает список деталей, входящих в сборку. Обычно Дерево Построений отображается в левой части окна SolidWorks, хотя его положение можно в любой момент изменить. Feature Manager предоставляет мощные средства редактирования структуры модели или узла. Он позволяет переопределять порядок следования отдельных конструктивных элементов либо целых деталей, создавать в пределах детали или сборки несколько вариантов конфигурации какого-либо элемента и т. д. 3. 8 Визуализация проектируемых изделий
Используемая в SolidWorks 97 технология OpenGL позволяет конструктору практически мгновенно получить высококачественные тонированные изображения деталей или сборок, а также динамически вращать их в режиме реального времени. Причем все это доступно без установки на компьютер дорогостоящих дополнительных графических ускорителей.
Кроме того, специальное приложение PhotoWorks даёт возможность создавать фотореалистические изображения построенных объектов. Таким образом, рекламные изображения будущего изделия вполне можно подготовить еще до момента его изготовления. Для того, чтобы представить изделие наиболее наглядно (например, при подготовке презентационного фильма), можно показать входящие в него детали или сборки рассечёнными несколькими плоскостями, оставив при этом неизменными их геометрические параметры. 3. 9 Генерация чертежей
После того, как конструктор создал твёрдотельную модель детали или сборки, он может автоматически получить рабочие чертежи с изображениями всех основных видов, проекций, сечений и разрезов, а также с проставленными размерами. SolidWorks поддерживает двунаправленную ассоциативную связь между чертежами и твердотельными моделями, так что при изменении размера на чертеже автоматически перестраиваются все связанные с этим размером конструктивные элементы в трехмерной модели. И наоборот, любое изменение, внесенное в твердотельную модель, повлечет за собой автоматическую модификацию соответствующих двумерных чертежей.
В SolidWorks 97 поддерживается выпуск чертежей в соответствии со стандартами ANSI, ISO, JIS и рядом других. Для оформления чертёжно-конструкторской документации в полном соответствии с ЕСКД рекомендуется использование применение SolidWorks совместно с мощным чертёжно-графическим редактором КОМПАС 5 для Windows. 3. 10 Поддержка технологии OLE
Как уже говорилось выше, в SolidWorks 97 полностью поддерживается технология компании Microsoft, известная как OLE (связывание и встраивание объектов). Эта программная технология позволяет связывать твёрдотельные модели, сборки или чертежи, созданные с помощью SolidWorks 97, с файлами других приложений, что значительно расширяет возможности автоматизации процесса проектирования. С помощью технологии OLE можно использовать информацию, полученную в других приложениях Windows, для управления моделями и чертежами SolidWorks. Например, размеры модели могут быть рассчитаны в специальных математических приложениях и переданы в SolidWorks. Можно управлять размерами деталей с помощью таблиц Microsoft Excel, задавая различные по конфигурации и габаритам варианты (то есть формировать таблицы стандартизованных изделий). Электронные таблицы также могут быть использованы для составления спецификации на сборочную единицу. 3. 11 Импорт и экспорт данных
Моделирование и получение чертёжно-конструкторской документации - это лишь один из этапов на пути от принятия решения о проектирования изделия до выпуска готовой продукции. Поэтому необходимо обеспечить доступ других приложений CAD/CAM к созданной в SolidWorks твёрдотельной модели.
Система поддерживает обмен информацией через следующие стандартные форматы: IGES, наиболее распространенный формат обмена между системами объёмного моделирования;
X_T, формат для обмена с системами объёмного моделирования, использующими геометрическое ядро Parasolid;
SAT, формат для обмена с системами объёмного моделирования, использующими геометрическое ядро ACIS;
STL, формат для обмена с системами быстрого прототипирования (стереолитографическими системами);
DXF для обмена данными с различными чертёжно-графическими системами; DWG для обмена данными с AutoCAD; VRML для обмена данными проектирования через Internet. 3. 12 Приложения к SolidWorks
SolidWorks Corporation тесно сотрудничает с другими компаниями, чьи продукты дополняют SolidWorks 97. Продукты третьих фирм дают пользователю возможность, например, рассчитать прочностные характеристики будущей детали с помощью метода конечных элементов или же подготовить управляющую программу для оборудования с ЧПУ, не покидая привычную для него среду SolidWorks.
К числу партнёров SolidWorks Corporation относятся такие известные компании разработчики CAD/CAM/CAE решений, как ANSYS, Delcam plc. , Surfware Incorporated, Structural Research & Analysis Corporation, The Mac-Neal-Schwendler Corporation и многие другие. Например, для анализа прочностных характеристик конструкции с помощью метода конечных элементов может быть использована специальная версия системы COSMOS - COSMOS/Works для SolidWorks. При этом нет необходимости импортировать геометрию детали в это расчётное приложение, так как оно использует ту же математическую модель, что и сам SolidWorks 97.
Аналогичным образом (то есть без конвертирования данных) может выполняться подготовка управляющих программ для обработки созданных в SolidWorks моделей на оборудовании с ЧПУ. 4. Специализированные инженерные приложения. Autodesk Mechanical Desktop.
Программный продукт, объединяющий в себе средства конструирования деталей, узлов и моделирования поверхностей.
В пакет Autodesk Mechanical Desktop входят практически все необходимые инженеру - конструктору средства моделирования геометрических объектов. Он объединяет в себе возможности новейших версий известных программных продуктов копании Autodesk:
Autocad Designer 2 для конструирования деталей и сборочных узлов. AutoSurf 3 для моделирования сложных трехмерных поверхностей с использованием NURBS - геометрии. Автокад в качестве общепризнанной графической среды САПР.
IGES Translator для обмена файлами с другими системами САПР. Плюс новый способ организации взаимодействия Autodesk Mechanical Desktop с другими машиностроительными приложениями - система меню MCAD. Дополнительные возможности Autodesk Mechanical Desktop
Параметрическое моделирование твердых тел на основе конструктивных элементов. Конструктивные элементы
Произвольные конструктивные элементы можно моделировать путем выдавливания, вращения и сдвига плоского эскизного контура, а также путем отсечения фрагментов от твердотельных объектов произвольными поверхностями. В конструкцию можно включать стандартные элементы: сопряжения (галтели), фаски и отверстия (в том числе с зенковкой, разверткой и резьбовые). Параметрические возможности Любой размер может быть переменным. Переменные могут использоваться в математических формулах
Переменными можно управлять глобально при помощи таблиц параметров. Моделирование поверхностей произвольной формы
Моделирование примитивных поверхностей (конус, шар, цилиндр) и сложных поверхностей произвольной формы
Моделирование трубчатых поверхностей, поверхностей натяжения, изгиба, перехода; плавное сопряжение произвольных поверхностей. Расчет площади поверхности и объема.
Расчет масс-инерционных характеристик и анализ взаимодействия моделей Расчет площади, поверхности, массы и объема деталей и сборочных узлов. Расчет моментов инерции. Анализ взаимодействия деталей в сборочных узлах. Геометрические зависимости
Предусмотрены следующие типы зависимостей между элементами: горизонтальность, вертикальность, параллельность, перпендикулярность, коллинеарность, концентричность, проекция, касание, равенство радиусов и координат Х и Y. Наглядное обозначение наложенных зависимостей специальными символами. Средства работы с эскизами
Построение и редактирование набросков стандартными средствами Автокада. Копирование эскизов на другие грани и модели. Выполнение рабочих чертежей
Двунаправленная ассоциативная связь между моделью и ее чертежом. Автоматическое удаление штриховых и невидимых линий. Соответствие стандартам ANSI, ISO, DIN, JIS и ЕСКД. Ассоциативное нанесение размеров и выносок. Конструирование сборочных узлов Сборка деталей в узлы
Графическое и логическое представление иерархической структуры сборочного узла. Организация деталей и подузлов в виде внешних ссылок. Наложение зависимостей на компоненты узлов
Задание расположения деталей относительно друг друга по их ребрам, осям или граням. Возможность свободно-координатного расположения деталей. Графическая индикация степеней свободы компонентов. Выполнение сборочных чертежей Выполнение схем сборки-разборки.
Проставление номеров позиций на сборочных чертежах и автоматический выпуск спецификаций.
4. 1 Основные приемы работы в среде Autodesk Mechanical Desktop. Составляющие AMD и их отличительные особенности
Приложения для Autodesk Mechanical desktop, разработанные в рамках Mechanical Application Iniciative AutoCAD Designer R2. 1 AutoSurf R3. 1 и транслятор IGES R13. 1 Совместное использование Designer и AutoSurf в AMD Интерфейс и функциональные модули AMD
Параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов в AutoCAD Designer R2. 1 (модуль PARTS) o Создание профилей формообразующих элементов o Способы задания и построения конструкторско-технологических элементов o Редактирование трехмерных моделей
Сервисно-информационные возможности и обмен данными в AutoCAD Designer R2. 1 Расчет массово-инерционных характеристик и визуализация трехмерных моделей Генерация рабочих чертежей параметрических моделей в AutoCAD Designer R2. 1 (модуль DRAWINGS) Двунаправленная ассоциативная связь “модель-чертеж” Создание проекционных видов Редактирование проекционных видов Введение справочных размеров, аннотаций и осевых линий Поддержка международных стандартов Преобразование чертежа модели в двухмерный чертеж
Работа в среде Autodesk Mechanical Desktop R2. 1 (далее AMD), предназначенного для автоматизации проектных, конструкторских и технологических работ в подразделениях машиностроительного комплекса. Учитывая, что данный продукт ориентирован на моделирование параметрических твердотельных сборок деталей, узлов, агрегатов, изделий, автоматизированный выпуск конструкторской документации (КД), массово-инерционный анализ готового изделия, он без сомнения привлечет внимание всех специалистов, желающих увеличить эффективность своего труда.
Реальный процесс проектирования основан на двух подходах: при проектировании “сверху вниз” работа начинается от наброска изделия в целом до наброска деталей, составляющих исходное изделие; при проектировании “снизу вверх” вначале делается набросок деталей, а затем на основе спроектированных деталей моделируется изделие. В AMD принят второй подход, а весь процесс конструирования разбит на несколько этапов, включающих:
создание наброска базового элемента (этап эскизного проектирования); наложение геометрических и размерных зависимостей; построение базовой детали;
редактирование детали с использованием конструкторско-технологических элементов; получение деталировочных чертежей смоделированных деталей; создание сборок агрегатов, узлов, изделий; модификация сборок (при необходимости); получение конструкторской документации;
анализ массово-инерционных характеристик (при необходимости); экспорт деталей и сборок в программы анализа и обработки. 4. 2 Составляющие AMD и их отличительные особенности
Autodesk Mechanical Desktop - интегрированный пакет, работающий в среде AutoCAD R13, и включающий прикладные программы AutoCAD Designer R2. 1, AutoSurf R3. 1, а также транслятор IGES R13. 1. 4. 2. 1 AutoCAD Designer R2. 1
AutoCAD Designer, будучи специализированной программой, предназначена для пользователей, работающих в основном в машиностроении и смежных отраслях, и призвана автоматизировать процесс создания КД деталей и сборочных единиц. У пользователей может возникнуть законный вопрос, нужно ли вообще заниматься параметрическим трехмерным твердотельным моделированием, если КД представляет собой набор двухмерных чертежей, и нужно ли платить дополнительно за Designer, если в AutoCAD R13 есть встроенные функции генерации сложных трехмерных твердых тел? Однако для повышения производительности труда инженеров, получения надежного, гибкого и простого в применении средства для оптимизации процесса проектирования механических деталей и сборочных единиц и, наконец, объединения задач CAD/CAM в одной среде трехмерное моделирование просто необходимо. Оптимизация процесса проектирования достигается за счет создания оптимальной среды на всех этапах конструирования: от эскизного проектирования до готовой КД изделия. Каким образом достигнута такая оптимальность? Во-первых, оригинальным подходом к построению твердых тел в AutoCAD Designer, позволяющим проектировать модели на основе конструкторско-технологических элементов, оперируя привычными для конструкторов терминами (сопряжение, фаска, отверстие и т. д. ), тогда как в традиционных программах трехмерного моделирования их приходилось подменять специфическими геометрическими понятиями (дуга, линия, окружность и пр. ). Во-вторых, параметрическими свойствами проектируемых в AutoCAD Designer моделей и сборочных единиц, обеспечивающими возможность их корректировки практически на любой стадии проектирования, в чем заключается основное преимущество перед традиционными трехмерными моделями, как правило статичными и с трудом поддающихся редактированию (например, твердые тела, созданные стандартными средствами AutoCAD). При этом трехмерные модели деталей проектируются как бы в два этапа: сначала создается характерный профиль детали на плоскостном эскизе, а затем добавляется третье измерение. Будучи трехмерным, моделирование тем не менее проходит на плоском экране монитора; такой подход выгодно отличается от традиционных методов, где пользователю предлагается спроектировать трехмерный объект одной командой, контролируя одновременно все три пространственные координаты. Далее моделирование сборочной единицы также максимально приближено к реальности и практически полностью автоматизировано - пользователю нужно задать только параметрические связи между существующими объектами, ограничивающими количество степеней их свободы. И, наконец, возможностью контроля процесса проектирования моделей и сборок по их проекционным видам, генерирующимся автоматически. При этом постоянная действующая двунаправленная ассоциативная связь “модель-чертеж” в сочетании с параметрическими свойствами дает возможность вносить коррективы как в самой модели, так и в ее проекционных видах путем простого изменения существующих размеров, а встроенные функции анализа взаимопересечения деталей в сборочных единицах полностью гарантируют пользователя от ошибок, неизбежно возникающих при создании независимых проекций сложных сборочных единиц средствами двухмерной графики. Таким образом, параметрические свойства, двунаправленная ассоциативная связь “модель-чертеж”, а также моделирование на основе конструкторско-технологических элементов, позволят пользователям проектировать трехмерные объекты и сборки концептуально, не привязываясь изначально к конкретным размерам деталей и составу сборок и оптимизируя модели по мере их создания, что в полной мере адекватно реальному процессу проектирования в мировой конструкторской практике. 4. 2. 2 AutoSurf R3. 1 и транслятор IGES R13. 1
AutoSurf R3. 1 - специализированная прикладная программа, предназначенная для трехмерного моделирования абсолютно гладких поверхностей произвольной сверхсложной формы, что особенно актуально в авиа-, автомобиле-, и судостроении. Для изделий (например, фюзеляжей самолетов, корпусов кораблей и автомобилей) этих отраслей типичны чрезвычайно сложные поверхностные формы, для анализа которых, как правило, недостаточно проекционных видов и сечений, а требуется построение трехмерных моделей. Действительно, моделируя сложные поверхности на плоских чертежах, конструктор задает граничные контуры поверхности, ее характерные линии, направляющие и образующие, сечения поверхности на дискретных интервалах и т. д. , но при этом не видит саму поверхность! Естественно, в этом случае спор о преимуществах двухмерного или трехмерного моделирования просто неуместен.
Полностью интегрированная с AutoCAD R13 программа AutoSurf R3. 1 предоставляет высокоэффективные и в то же время простые в применении средства моделирования поверхностей на основе использования неоднородных рациональных B-сплайновых численных методов (NURBS). Ее расширенные возможности построения и редактирования геометрических форм органично дополняют встроенные функции среды AutoCAD по моделированию трехмерных объектов. Благодаря этой мощной комбинации пользователи могут конструировать и моделировать - начиная от пресс-форм и крепежных элементов турбин и заканчивая любыми компонентами изделий автомобильной и аэрокосмической отраслей, а также компонент для потребительских товаров и медицинского оборудования.
Поставляемый с пакетом AutoSurf R3. 1 транслятор IGES (AutoCAD IGES Translator R13. 1) предназначен для корректного и полного обмена информацией с высокоуровневыми программами САПР, что дает возможность использовать в работе с AutoSurf форматы других прикладных программ, применяемых вашей компанией либо вашими партнерами. Причем, поскольку поверхности в AutoSurf описываются численными методами NURBS в рамках базы данных AutoCAD ( формат . DWG), полученные модели объектов могут корректно передаваться между прикладными программами САПР высокого уровня, затем обрабатываться в AutoSurf и далее передаваться в аналитические прикладные программы или в средства генерации управляющих программ для станков с ЧПУ, замыкая разорванную в настоящее время цепочку задач CAD/CAM. 4. 3 Совместное использование Designer и AutoSurf в AMD
Cпециализированные программы, как правило, не отвечают конкретным запросам пользователей в смежных областях. В частности, программы AutoCAD Designer и AutoSurf имеют свои ограничения в использовании. С одной стороны, Designer предоставляет высокоэффективное средство для моделирования трехмерных объектов, формообразующие элементы которых отличаются сравнительной простотой. Однако, в действительности даже в изделиях общего машиностроения многие детали имеют в своем составе поверхности произвольной формы. С другой стороны, AutoSurf позволяет строить поверхности произвольной формы, а также пространственные объекты любой степени сложности, однако максимальная эффективность при применении AutoSurf достигается только в случаях, когда моделируемое изделие имеет достаточно много поверхностей произвольной формы, как, например, в авиа или автомобилестроении. Но и в этих отраслях существует широкий спектр изделий, которые чрезвычайно просто и быстро можно смоделировать средствами AutoCAD Designer, в то время как в AutoSurf построение поверхностных оболочек подобных объектов может оказаться более трудоемким. В свете вышесказанного становится очевидным, что наилучший результат в трехмерном моделировании реальных конструкций может быть достигнут при совместном использовании обеих этих программ. С помощью Autodesk Mechanical Desktop можно вводить поверхности произвольной формы в качестве формообразующих элементов параметрических моделей и применять в дальнейшем полученные модели для конструирования сборочных единиц. 4. 4 Интерфейс и функциональные модули AMD
Поскольку AMD является интегрированным пакетом прикладных программ для AutoCAD R13, он органично вписывается в интерфейс этой графической оболочки, обеспечивая доступ ко всем функциональным возможностям AutoCAD. Доступ к командам AMD аналогичен доступу к стандартным командам AutoCAD и осуществляется посредством падающего меню, панели инструментов или командной строке. При этом оригинальная концепция данного программного обеспечения в сочетании с дружественным интерфейсом AutoCAD делают AMD чрезвычайно простым в изучении и применении. Говоря об интерфейсе AMD, необходимо выделить четыре функциональных модуля этого пакета:
модуль параметрического твердотельного моделирования (меню PARTS или Детали); модуль параметрического моделирования сборочных единиц (меню ASSEMBLIES или Узлы);
модуль моделирования поверхностей произвольной формы (меню SURFACES или Поверх);
модуль генерации двумерных чертежей (меню DRAWINGS или Чертеж).
Первые два модуля представляют собой составные части программы Designer; модуль поверхностей включает функции AutoSurf по моделированию абсолютно гладких поверхностей произвольной формы; последний модуль является универсальным и применим для генерации чертежей стандартных трехмерных объектов AutoCAD и комбинаций разнородных трехмерных объектов.
4. 5 Параметрическое моделирование трехмерных твердотельных объектов в AutoCAD Designer R2. 1 (модуль PARTS) Основные понятия
Как правило, даже сложные машиностроительные детали формируются из сравнительно простых элементов. Более того, многие формообразующие элементы являются стандартными конструкторско-технологическими элементами, например: фаска, сопряжение, отверстие. Другие же элементы, отличаясь простотой образующих поверхностей, тем не менее обладают достаточно произвольной формой, но и в этом случае они всегда имеют один или более типичных профилей в одной из проекций или в сечении.
Процесс моделирования в AutoCAD Designer как раз и сводится к тому, чтобы сначала задать на плоскости типовой профиль, а затем придать ему пространственные свойства, построив так называемую базовую форму, а затем добавлять к ней новые конструкторско-технологические элементы (стандартные или описываемые типовыми профилями). Создание типовых профилей формообразующих элементов в AutoCAD Designer происходит в два этапа (при этом выполняемые действия максимально приближены к операциям, осуществляемым конструкторами в повседневной практике): сначала строится на так называемой эскизной плоскости концептуальный эскиз профиля, а затем на его элементы накладываются геометрические связи и вводятся параметрические размеры. По умолчанию при создании базовой формы в качестве эскизной плоскости используется плоскость XY пользовательской системы координат, однако задание профилей других конструкторских элементов может производиться и в плоскостях, отличных от исходной. В этом случае следует определить новую эскизную плоскость при помощи команды AMSKPLN (опция Sketch Plane в меню Parts, подменю Sketch или опция Плоскость построений в меню Детали, подменю Эскиз). Для ориентации эскизной плоскости в пространстве можно использовать как непосредственно грани существующей модели, так и специальные неформообразующие конструкционные элементы - рабочие плоскости. Помимо рабочих плоскостей в AutoCAD Designer для привязки формообразующих элементов при моделировании также эффективны другие неформообразующие конструкционные элементы: рабочая ось и рабочая точка. 4. 5. 1 Создание профилей формообразующих элементов
Геометрия эскиза может быть любой сложности. Однако в AutoCAD Designer существует единственное ограничение - эскиз профиля должен иметь только один замкнутый контур, именно этот контур используется при последующем задании третьего измерения. Наряду с замкнутым контуром допускается использование незамкнутых линий, которые могут служить осями при последующем введении параметрических размеров и связей. Поскольку AutoCAD Designer полностью интегрирован в среду AutoCAD, геометрические построения на плоскости выполняются командами рисования и редактирования двухмерных объектов в AutoCAD. В отличие от обычной работы в AutoCAD, где требуется абсолютная точность построения моделей, здесь при построении эскиза не нужно соблюдать большую точность ни в отношении предполагаемых размеров, ни в отношении относительного расположения элементов эскиза (параллельность, перпендикулярность и т. д. ). Забудьте про режимы ШАГ, СЕТКА и ОРТО и функции объектной привязки. Проектируйте концептуальный эскиз так, как если бы в вашем распоряжении были только лист бумаги и карандаш, а затем AutoCAD Designer осуществит профилирование вашего эскиза, уловив заложенную в нем концепцию, и придаст ему более четкие очертания. Профилирование эскиза производится командой AMPROFILE (или опцией Контур в меню Детали из подменю Эскиз). При выполнении данной операции Designer автоматически накладывает геометрические связи на созданные двухмерные объекты, обеспечивая (в зависимости от установок): горизонтальность почти горизонтальных линий; вертикальность почти вертикальных линий; параллельность почти параллельных линий; перпендикулярность почти перпендикулярных линий; замкнутость почти замкнутых линий; концентричность почти концентричных дуг и т. д.
“Почти” в данном случае означает, что взаимное расположение объектов соответствует заданным линейному и угловому допускам, значения которых доступны в диалоговом окне при запуске команды AMPARTVARS (Parts/Preferences или подменю Установки.... меню Детали). При этом угловой допуск (по умолчанию 4° ) управляет ориентацией (параллельность или перпендикулярность) линейных элементов эскиза по отношению к осям системы координат и между ними, а линейный допуск, определяемый размером курсора-мишени, - взаимным расположением характерных точек элементов эскиза (концов отрезков, центров дуг и окружностей и т. д. ). После профилирования узловые точки эскиза (концы отрезков и центры дуг) отмечены на экране крестиками, а один из узлов - крестиком в рамке. Этот узел, называемый фиксированной точкой, при последующем внесении изменений в эскиз останется неизменной конструкторской базой. При желании фиксированную точку можно переопределить в другом узле эскиза командой AMFIXPT (Parts/Sketch/Fix Point или опцией Фиксировать точку в меню Детали, подменю Эскиз). Наложенные программой связи можно отобразить на экране командой AMSHOWCON (Parts/Sketch/Constraints/Show или опцией Показать в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости). При этом каждый примитив в эскизе обозначается номером в кружке, а имеющиеся связи показываются условными символами рядом с примитивом с номерами парного объекта, для которого действует данная связь. Если программа неадекватно восприняла предложенную концепцию и ввела лишние связи, их можно удалить командой AMDELCON (Parts/Sketch/ Constraints/Delete или опцией Удалить в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости). Недостающие связи вводятся вручную командой AMADDCON (Parts/Sketch/ Constraints/Add или опцией Наложить в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости). Если же программа адекватно интерпретирует выбранную концепцию или есть необходимость самостоятельного ввода в эскиз геометрических связей, в диалоговом окне команды AMPARTVARS надо отключить опцию Apply Constraint Rules (или опцию Накладывать автоматически в меню Детали из подменю Установки.... ). При использовании эскиза с точной геометрией и размерами в диалоговом окне следует отключить опцию Assume Rough Sketch (или опцию Считать набросок черновым).
В перечисленных выше случаях пользователем полностью контролируется процесс введения связей и параметрических размеров, поскольку после каждой операции над эскизом программа сообщает, сколько связей или размеров требуется для того, чтобы профиль был однозначно определен. При этом однозначное определение профиля не является обязательным и AMD обеспечивает функции формообразования. Однако при редактировании модели, основанной на эскизе с неполных набором связей, могут возникнуть ошибки в процессе моделирования.
Введение параметрических размеров - важнейшая операция последующих этапов работы, поскольку именно параметрические размеры обеспечивают редактирование модели. Простановка параметрических размеров на эскизе принципиально не отличается от аналогичной процедуры, осуществляемой стандартными средствами AutoCAD, однако является более “интеллектуальной” по сравнению с последней. Для введения всех типов параметрических размеров применяется единая команда AMPARDIM (Parts/Sketch/Add Dimension или опция Размер в меню Детали из подменю Эскиз), при этом тип размера (линейный, угловой, радиальный и т. д. ) фиксируется автоматически в зависимости от последовательности и расположения указанных конструктором точек. Далее, после простановки каждого размера программа по-прежнему выдает сообщения о том, сколько связей/размеров надо еще ввести для однозначности эскиза. Если же из-за ошибки замыкается размерная цепь либо указывается конфликтующее значение размеров (например, значение охватывающего размера меньше, чем значение охватываемого размера), Designer выдает соответствующее предупреждение, и перейти к последующим этапам работы можно, только удалив избыточные геометрические связи или размеры.
Кроме этого, при ошибочном введении параметрические размеры можно удалить, так же как и геометрические связи, однако при этом рекомендуется воздержаться от команды UNDO: данные команды, групповые, поэтому, удаляя ошибочно введенные связи или размеры можно потерять и верно определенные связи. Вместо команды UNDO следует использовать команду AMDELCON (Parts/Sketch/Constraints/Delete или опцию Удалить в меню Детали из подменю Эскиз, подменю Зависимости) для связей и команду ERASE для параметрических размеров.
Как было сказано, реальный процесс конструирования характеризуется тем, что окончательные значения размеров деталей, как правило, заранее неизвестны и подлежат дополнительному уточнению (включая “проводку” листов извещений). Отсюда вытекает необходимость редактирования параметрических размеров, выполняемого при наличии активного эскиза командой AMMODDIM (Parts/Change Dimension или опцией Изменить размер в меню Детали из подменю Эскиз). Следует отметить, что все значения параметрических размеров выражаются переменными, имена которых генерируются автоматически для всех вновь создаваемых размеров: d0, d1, d2 и т. д. По умолчанию на экране отображаются численные значения, однако командой AMDIMDSP (Parts/Display/Dim Display или опцией Размеры в меню Детали из подменю Изображение) можно задать индикацию значений размеров на экране в виде имен переменных или в виде уравнений. Задание переменных значений размеров возможно двумя способами: с использованием имен переменных. Очень часто многие размеры на чертеже логически взаимосвязанными. Простейший пример: при простановке размеров на симметричном эскизе расстояние от контура эскиза до оси симметрии равно половине габаритного размера; в этом случае при запросе значения размера можно ввести математическое выражение, например d0/2 или для какого-либо другого случая d1*2+d2;
с использованием глобальных параметров. Поскольку проектируемая модель детали впоследствии органично входит в сборочную единицу, ее размеры зависят от других деталей; так, диаметры вала и отверстия втулки, устанавливаемой на этот вал, должны быть одинаковыми. Следовательно, в этом случае при простановке размеров целесообразно ввести переменный глобальный параметр, например с именем diameter, командой AMPARAM (Parts/Parameters или подменю Параметры из меню Детали) и приписать ему какое-либо численное значение или уравнение, а затем, создавая модели вала и втулки, при простановке соответствующих параметрических размеров указать имя параметра вместо численного значения. Данная операция позволит редактировать обе модели, изменив всего лишь один глобальный параметр.
4. 5. 2 Способы задания и построения конструкторско-технологических элементов. На основе профилированного эскиза с полным набором связей (далее “профиль”) можно построить базовую форму следующими способами: выдавливанием; вращением; перемещением вдоль криволинейной двухмерной направляющей.
Новые конструкторско-технологические элементы к базовой форме добавляют либо одним из выше перечисленных способов, либо вводом стандартных элементов, а именно: отверстий (3 типа); фасок; сопряжений.
Осуществляя формообразование следует помнить, что трехмерные объекты в AutoCAD Designer представляют собой твердые тела и формообразование производится при помощи булевых операций над пространственными множествами: объединения, вычитания и пересечения. Так, совершенно естественно, что добавление отверстия к модели ведет к вычитанию объема, а задание фасок и сопряжений - к вычитанию либо сложению в зависимости от конкретного случая. Добавление стандартных конструкторско-технологических элементов происходит автоматически, поэтому пользователю нет необходимости вникать в математическую сущность происходящих операций.
Что же касается формообразования на основе профилей, то здесь пользователь обязан в явном виде задать тип булевой операции, необходимой для достижения желаемого результата.
Для облегчения формообразования базовой модели и ее модификации, как отмечалось выше, используют рабочую плоскость, рабочую ось и рабочую точку. Рабочая плоскость, представляющая собой неформообразующий конструкторско-технологический элемент, применяется для привязки эскизных плоскостей, если для этих целей невозможно воспользоваться одной из граней существующей модели. Рабочие плоскости создаются командой AMWORKPLN (Parts/Features/Work Plane или опцией Рабочая плоскость.... в меню Детали из подменю Элемент), после вызова которой в диалоговом окне нужно указать два модификатора из имеющегося набора вариантов (например “по ребру” и “перпендикулярно плоскости”). При этом можно задать как параметрические рабочие плоскости, которые будут изменять свое положение при редактировании определяющих их элементов, так и непараметрические (или статические) рабочие плоскости. Для привязки рабочих плоскостей, а также других конструкторско-технологических элементов применяются рабочие оси, автоматически создаваемые в пространстве модели командой AMWORKAXIS (Parts/Features/Work Axis или опцией Рабочая ось в меню Детали из подменю Элемент) при указании одной из цилиндрических, конических или тороидальных поверхностей.
Помимо названных выше неформообразующих конструкторско-технологических элементов в AutoCAD Designer используются рабочие точки, которые применяются исключительно для последующего задания расположения отверстий или центров круговых массивов. Рабочая точка моделируется указанием ее приблизительного расположения на активной эскизной плоскости с последующим заданием двух параметрических размеров.
Рабочие плоскости, оси и точки - незаменимое средство для привязки формообразующих элементов, однако их присутствие на экране, как правило, нежелательно при визуализации. На этот случай в Designer предусмотрены функции отключения видимости этих объектов на экране: AMPLNDSP, AMAXISDSP и AMPTDSP соответственно (Parts/Display/Work Plane & Work Axix & Work Point или опции Рабочие плоскости&Рабочие оси&Рабочие точки в меню Детали из подменю Изображение).
Формообразование выдавливанием профиля производится по нормали к эскизной плоскости на заданное расстояние и под заданным уклоном. Эта операция вызывается командой AMEXTRUDE
(Parts/Features/Extrude или опцией Выдавить.... в меню Детали из подменю Элемент), при этом управление режимами происходит в диалоговом окне, где необходимо указать явно глубину выдавливания либо ограничительную поверхность, а также уклон. При добавлении конструкторско-технологического элемента к имеющейся модели необходимо явно указать тип булевой операции. Естественно, что после задания режимов все геометрические построения выполняются автоматически. Формообразование вращением профиля осуществляется командой AMREVOLVE (Parts/Features/Revolve или опцией Вращать.... в меню Детали из подменю Элемент) и по процедуре аналогична с описанным выше методом, однако отличается от него тем, что требует наличия оси вращения, в качестве которой могут выступать следующие объекты: одно из ребер существующей модели; рабочая ось;
одна из линий, являющаяся элементом профиля, но не пересекающая замкнутый контур профиля. В последнем случае, если линия не часть границы профиля, перед профилированием эскиза ей нужно предписать тип линии, отличный от других элементов эскиза. В остальном формообразование вращением производится аналогично выдавливанию: в диалоговом окне задается тип булевой операции, угол вращения или ограничительная плоскость.
Формообразование перемещением профиля поперечного сечения вдоль траектории требует наличия как профилированного эскиза сечения, так и профилированной траектории. Сначала командой AMPATH (Parts/Sketch/Path или опцией Траектория в меню Детали из подменю Эскиз) создается профилированная траектория. Принципиально эта операция ничем не отличается от построения обычного профиля за исключением того, что траектория может быть незамкнутой, и тогда необходимо указать начальную точку траектории. После этого в одной из точек полученной траектории необходимо построить рабочую плоскость и сделать ее эскизной. Рабочая и эскизная плоскости автоматически помещаются в заданную ранее начальную точку по нормали к траектории при выборе соответствующих опций в диалоговом окне команды AMWORKPLN. Далее на эскизной плоскости рисуется требуемый профиль описанным выше способом, а затем командой AMSWEEP (Parts/Features/Sweep или опцией Сдвинуть в меню Детали из подменю Элемент) выполняется формообразование методом перемещения. При этом в диалоговом окне можно указать тип булевой операции, ограничитель и ориентацию профиля при его перемещении: либо по нормали к траектории, либо параллельно эскизной плоскости профиля.
Как уже отмечалось, помимо формообразования на основе задаваемых пользователем профилей в AutoCAD Designer имеются функции автоматического создания стандартных конструкторско-технологических элементов, а именно: сопряжений, фасок и отверстий.
Процедура генерации сопряжений чрезвычайно проста. Она вызывается командой AMFILLET (Parts/Features/Fillet или опцией Сопряжение в меню Детали из подменю Элемент); пользователю надо лишь указать сопрягаемые ребра модели (их может быть любое количество) и радиус сопряжения. При этом в качестве значения последнего можно ввести глобальные параметры, чтобы облегчить последующее редактирование.
Процедура генерации фасок производится командой AMCHAMFER (Parts/Features/ Chamfer или опцией Фаска.... в меню Детали из подменю Элемент) и имеет ту же последовательность действий, что и при выполнении сопряжений. Однако перед выбором ребер модели пользователю предлагается задать способ снятия фаски, указав одно или два расстояния или же расстояние и угол.
При генерации отверстий (в том числе резьбовых) можно использовать не только гладкие отверстия, но и рассверленные под потайголовку и зенкованные. Тип отверстий и параметры образующих их элементов задаются в диалоговом окне при вызове команды AMHOLE (Parts/Features/Hole или опции Отверстие.... в меню Детали из подменю Элемент). Здесь же задается глубина отверстия и способ расположения отверстия на модели: концентрично имеющимся цилиндрическим поверхностям;
перпендикулярно грани модели на некотором расстоянии от двух ребер; на рабочей точке.
Как отмечалось выше, многие детали в машиностроительных изделиях могут иметь в качестве образующих элементов поверхности произвольной формы. Такие поверхности практически не параметризуются, поскольку их форма описывается численными методами NURBS. Однако их целесообразно использовать в качестве секущих поверхностей для параметрических моделей. С этой целью в Designer введен новый тип формообразующего элемента под названием Surfcut (отсечение поверхностью), который генерируется командой AMSURFCUT (Parts/ Features/Surface Cut или опцией Отсечение поверхностью в меню Детали из подменю Элемент).
Говоря о создании формообразующих элементов, следует остановиться на расширенных функциях генерации формообразующих элементов в AutoCAD DesignerR2. 1, которые существенно облегчают работу за счет: создания массивов конструкторско-технологических элементов с помощью команды AMARRAY (Parts/Features/Array или опции Массив.... в меню Детали из подменю Элемент);
копирования одного из существующих эскизов в активную эскизную плоскость с сохранением геометрических связей и параметрических размеров, выполняемого командой AMCOPYSKETCH (Parts/Sketch/Copy Sketch или опцией Копировать в меню Детали из подменю Эскиз); возможности иметь в чертеже одновременно несколько эскизов. 4. 5. 3 Редактирование трехмерных моделей
Редактирование трехмерных моделей, являющее важнейшей операцией, осуществляется единой командой AMEDITFEAT (Parts/Edit Feature или опцией Редактировать элемент из меню Детали), при вызове которой пользователю предлагается один из трех вариантов:
редактирование конструкторско-технологического элемента путем изменения параметрических размеров. В этом случае после выбора нужного элемента поверх модели подсвечивается исходный эскиз или появляется диалоговое окно для стандартных элементов. Необходимо лишь указать редактируемый размер и изменить его значение;
редактирование исходного эскиза. В этом случае предоставляется полный доступ к исходной геометрии профиля: можно изменять или вводить новые параметрические размеры и геометрические связи, применяя все способы работы с эскизами, рассмотренные выше;
редактирование элементов Surfcut. Параметрическое редактирование поверхностей AutoSurf и их расположение относительно других элементов твердотельной модели не возможно, поскольку они имеют произвольную форму. Однако, выбрав требуемую опцию в команде AMEDITFEAT (Эскиз или Отсечение), можно получить доступ к исходной секущей поверхности, а также переместить ее стандартными средствами AutoCAD и отредактировать с использованием “ручек” или функций AutoSurf. После редактирования конструктивного элемента следует выполнить команду AMUPDATE (Parts/Update или опцию Обновить из меню Детали), с тем чтобы модель автоматически перестроилась в соответствии с произведенными изменениями. При необходимости удаления конструкторско-технологических элементов надо воспользоваться командой AMDELFEAT (Parts/Features/ Delete или опцией Удалить в меню Детали из подменю Элемент). Данная операция чрезвычайно проста, однако при ее выполнении нужно иметь в виду, что на базе удаляемого элемента могли быть созданы другие элементы. В этом случае будут удалены все эти элементы. После удаления элементов модели необходимо выполнить команду АМUPDATE. Редактирование массивов производится аналогично описанным выше случаям, однако, выполняя эти команды, следует иметь в виду, что массив рассматривается как единый объект, поэтому необходимо выделить два возможных варианта редактирования:
редактирование геометрии элементов массива. Для выполнения такой операции в ответ на запрос команды AMEDITFEAT необходимо выбрать базовый элемент массива и отредактировать его одним из доступных способов. После выполнения команды АMUPDATE все элементы массива перестроятся в соответствии с произведенными изменениями;
редактирование параметров массива. Для изменения параметров массива надо выбрать один из производных элементов массива и в диалоговом окне изменить количество элементов и их относительное расположение.
4. 6 Сервисно-информационные возможности и обмен данными в AutoCAD Designer R2. 1
Поскольку работа с моделями происходит в трехмерном пространстве, очень важно уметь пользоваться командами AutoCAD и Designer, обеспечивающими доступ к видовым экранам и перемещению модели в пространстве для выбора удобного вида; при этом на экране монитора целесообразно иметь два (или более) видовых экрана: один с видом в проекции, другой - трехмерным изображением. Конфигурация видовых экранов, а также выбор ракурса в трехмерном пространстве могут производиться стандартными средствами AutoCAD, однако в AMD также существует команда AMVIEW, позволяющая значительно сократить время выполнения этих рутинных операций. Данная команда, являющаяся универсальной для Designer и AutoSurf, имеет несколько опций, сгруппированных в панели инструментов MCAD View, что обеспечивает перемещение в пространстве модели одним щелчком мыши. Любая модель проектируется поэтапно и состоит из множества конструкторско-технологических элементов. Если модель сложная, очень часто приходится выяснять взаимозависимость ее элементов и их “родственные” связи, поскольку, например, удаление базового элемента автоматически влечет удаление всех его производных. Просмотр истории создания модели в Designer R2. 1 осуществляется командой AMREPLAY (Parts/Utilities/Replay или опцией Воспроизвести в меню Детали из подменю Утилиты), демонстрирующей на графическом экране весь процесс моделирования, начиная с задания эскиза базовой формы и заканчивая информацией о выполненных операциях. Кроме этого, данная команда имеет опцию Truncate, которая дает возможность отменить все изменения, произведенные в процессе проектирования, и тем самым вернуться на несколько шагов назад.
При помощи команды AMLIST (Parts/Utilities/List или опции Информация в меню Детали из подменю Утилиты) можно получить доступ к базовой информации о модели, ее конструкторско-технологических элементах, а также о проекционных видах в поле чертежа. Данная информация, отображаемая в текстовом окне, полезна при работе со сложными моделями.
4. 7 Расчет массово-инерционных характеристик и визуализация трехмерных моделей Расчет массово-инерционных характеристик выполняется командой AMPARTPROP (Parts/Utilities/Mass Properties или опцией Масс-характеристики в меню Детали из подменю Утилиты), а при задании в диалоговом окне плотности “материала” рассчитываются масса, объем, координаты центра тяжести, площадь поверхности и показатели инерционных свойств (моменты и радиусы инерции и пр. ) модели. При редактировании модели указанные данные вычисляются автоматически. Визуализация трехмерных моделей в AutoCAD Designer осуществляется либо стандартными средствами AutoCAD, либо при помощи прикладной программы AutoVision R2. 1. Более того, теперь для визуализации моделей не нужна никакая предварительная подготовка, а тонирование происходит в интерактивном режиме. 4. 8 Генерация рабочих чертежей параметрических моделей в AutoCAD Designer R2. 1 (модуль DRAWINGS)
В AMD генерация чертежей производится автоматически и обеспечивает доступ не только к параметрическим моделям и поверхностям AutoSurf, но и к стандартным трехмерным объектам AutoCAD, причем принципы работы со всеми упомянутыми объектами не имеют существенных отличий. Автоматизация достигается за счет созданной двухсторонней ассоциативной связи между моделью и чертежом, а также возможностью редактирования всех проекционных видов. 4. 9 Двунаправленная ассоциативная связь “модель-чертеж”
“Пространство модели” и “пространство чертежа” - стандартные понятия в AutoCAD, впервые появившиеся в AutoCAD R11. Между этими пространствами можно перемещаться стандартным методом с помощью системной переменной TILEMODE, либо команды AMMODE (Drawings/Drawing Mode или опции Режим_Чертеж в меню Чертеж). Нет надобности говорить о важности получения чертежей, ведь выпуск КД является результатом труда конструкторов-проектировщиков. В традиционном трехмерном моделировании эта процедура выполняется после получения готовой модели, и зачастую пользователь вынужден возвращаться к предыдущим этапам работы, так как многие ошибки выявляются только на проекционных видах. Подобные проблемы с легкостью решаются в модуле генерации чертежей Autodesk Mechanical Desktop, поскольку постоянная двунаправленная ассоциативная связь “модель-чертеж” позволяет задать проекционные виды на самом первом этапе проектирования модели, а затем они будут автоматически обновляться по мере добавления к модели новых элементов. Более того, используя проекционные виды в пространстве чертежа, можно не только выверять полученные элементы модели, но и редактировать саму модель, так как применяемые при создании профилей параметрические размеры автоматически появляются в проекционных видах на чертеже и обладают теми же свойствами, что и в пространстве модели. Редактирование размеров в поле чертежа производится опцией CHANGE DIMENSION (или опцией Изменить размер). При этом изменения, внесенные в параметрические размеры в поле чертежа, воздействуют не только на проекции модели, но и на саму модель. Обратное также верно. Команда АМUPDATE позволяет перестроить и модель, и ее проекционные виды в соответствии со сделанными изменениями. 4. 10 Создание проекционных видов
Типы проекционных видов создаются командой AMDWGVIEW (Drawings/Create View или опцией Создать вид.... в меню Чертеж), в диалоговом окне которой задаются следующие параметры:
тип проекционного вида (главный вид, ортогональная проекция, вспомогательный вид, изометрическая проекция или частный вид); масштаб проекционного вида;
указание для выполнения разреза на проекционном виде и его типа (полный или половинчатый); указание отобразить на проекционном виде невидимые линии.
Дальнейший процесс моделирования чертежа практически полностью автоматический. Рассмотрим подробнее особенности построения каждого типа проекционных видов. Главный вид. Проекционный вид, создаваемый при первом обращении к рассматриваемой команде, становится по умолчанию главным видом. Для его построения пользователю достаточно указать проекционную плоскость в пространстве модели, а затем место расположения вида в пространстве чертежа. Ортогональные проекции. При построении ортогональной проекции пользователь должен указать исходный вид и место расположения вновь создаваемой проекции относительно исходного вида, при этом нет необходимости указывать, будет ли это вид сверху или вид слева, поскольку программа автоматически определяет ориентацию вида по указанному положению в пространстве чертежа. Один щелчок мыши - и ортогональная проекция на чертеже!
Изометрические проекции. Изометрические проекции строятся так же легко, как и ортогональные, и точно так же программа автоматически определяет ориентацию изометрических осей в соответствии с указанным положением проекции на чертеже. Вспомогательные виды. Процедура построения вспомогательного вида несколько “осложняется” тем, что пользователю необходимо дополнительно указать расположение вспомогательной проекционной плоскости, используя для этого ребра модели (это можно сделать на уже существующих проекционных видах). Частные виды. Для генерации частного вида необходимо задание точки на исходном виде, рамки, ограничивающей область частного вида, и место расположения вида на чертеже.
Разрезы. Разрезы генерируются одновременно с построением главного или вспомогательных видов, а также ортогональных проекций. Процесс полностью автоматизирован, и пользователю нужно лишь указать положение секущей плоскости. Для выполнения ступенчатых (сложных) разрезов необходимо задать так называемую секущую линию, представляющую собой ломаную, отрезки которой должны быть расположены под прямым углом, а начальный и конечный отрезок должны быть параллельными. Секущая линия обладает параметрическими свойствами, то есть изменяет свое расположение при редактировании модели, а процесс ее создания аналогичен построению параметризованных профилей, только для профилирования используется особая команда AMCUTLINE (Parts/Sketch/Cutting Line или опция Линия сечения в меню Детали из подменю Эскиз). Редактирование секущих линий осуществляется при помощи тех же команд, что и редактирование профилей. 4. 11 Редактирование проекционных видов
Редактирование проекционных видов сведено к необходимому минимуму. Так, командой AMMOVEVIEW (Drawings/Edit View/Move или опцией Перенести в меню Чертеж из подменю Редактирование вида) можно переместить вид в поле чертежа, командой AMDELVIEW (Drawings/Edit View/Delete или опцией Удалить в меню Чертеж из подменю Редактирование вида) - удалить его, а также изменить в диалоговом окне его атрибуты: масштаб, текстовую метку, режимы отображения невидимых линий и пр. , вызвав команду AMEDITVIEW (Drawings/Edit View/Attributes или опцию Атрибуты в меню Чертеж из подменю Редактирование вида).
4. 12 Введение справочных размеров, аннотаций и осевых линий
Параметрические размеры - мощное средство редактирования трехмерных твердотельных моделей, однако на окончательном этапе подготовки КД некоторые проекционные виды могут быть чрезмерно загромождены введенными ранее параметрическими размерами, другие проекции -содержать минимум размерной информации, а некоторые размеры, задававшиеся на этапе построения профиля, неверны с конструкторской или технологической точки зрения. Поскольку параметрические размеры содержат информацию о геометрии объекта, их нельзя удалить, однако можно отключить или вновь сделать видимыми на экране при помощи команд AMHIDEDIM (Drawings/Dimension/Hide или опцией Скрыть в меню Чертеж из подменю Размеры) и AMSHOWDIM (Drawings/Dimension/Show или опцией Показать в меню Чертеж из подменю Размеры), а также переместить в пределах вида или между видами командой AMMOVEDIM (Drawings/Dimension/Move или опцией Перенести в меню Чертеж из подменю Размеры).
Полное соответствие чертежа требованиям стандартов достигается нанесением справочных размеров, аннотаций и осевых линий. Справочные размеры вводятся командой AMREFDIM
(Drawings/Dimension/Ref Dim или опцией Контрольные в меню Чертеж из подменю Размеры), а удаляются и перемещаются теми же командами, что и параметрические размеры. По своим свойствам справочные размеры идентичны ассоциативным размерам в AutoCAD, то есть они адекватно реагируют на изменения в определяющей их геометрии, однако не применяются для редактирования модели. Для задания стилей и редактирования атрибутов всех размеров в чертеже следует пользоваться стандартными средствами AutoCAD.
Аннотации, как и справочные размеры, предназначены для окончательной доработки чертежа - приведения к требованиям стандартов по оформлению конструкторской документации. В качестве аннотаций могут выступать любые двумерные объекты AutoCAD: текст, выноски и т. д. В принципе разработка аннотаций не является обязательной операцией, поскольку можно свободно создавать двухмерные графические объекты в поле чертежа. Однако при перемещении параметрических проекционных видов модели потребуется дополнительно выполнять команду MOVE для соответствующего перемещения непараметризованных аннотаций. Чтобы избежать подобного неудобства, полученные объекты целесообразно определить в качестве аннотаций. В этом случае их расположение на чертеже относительно проекционных видов будет параметризовано, и все аннотации будут перемещаться автоматически вместе с проекционным видом. Превращение двухмерных объектов в аннотации, добавление и удаление из аннотаций отдельных объектов производится единой командой AMANNOTE, а все связанные с этой командой опции расположены в подменю Drawings/Annotation (или подменю Пояснения в меню Чертеж). Помимо аннотаций, произвольно задаваемых пользователем, существуют стандартные формы для аннотирования отверстий. Команда AMHOLENOTE (Drawings/Annotation/Hole Note или опция Размеры отверстия.... в меню Чертеж из подменю Пояснения) вводит такие аннотации в проекционные виды, а при помощи команды AMTEMPLATE (Drawings/Annotation/Template или опции Шаблоны.... в меню Чертеж из подменю Пояснения) можно создавать и редактировать шаблоны аннотаций к отверстиям. Осевые линии являются одним из видов аннотаций. Вводятся они в проекционные виды на чертеже командой AMCENLINE (Drawings/Annotation/Centerline или опцией Осевые линии в меню Чертеж из подменю Пояснения). Для этого пользователю необходимо указать либо два зеркально симметричных объекта, либо одиночную линию (ось поделит ее пополам), или окружность (дугу). Построение осевой линии происходит автоматически, а ее положение на проекционном виде отслеживается при внесении изменений в модель. 4. 13 Преобразование чертежа модели в двухмерный чертеж
Модуль генерации чертежей AMD поддерживает работу с трехмерными объектами различных типов, однако часто, например при обмене графической информацией с партнерами, не требуются все данные о модели, достаточно передать лишь ее рабочий чертеж. Для этих целей служит команда AMDWGOUT (Drawings/Drawing Out или опция В Автокад.... в меню Чертеж), которая позволяет преобразовать проекционные виды трехмерной параметрической модели в набор стандартных двухмерных примитивов AutoCAD. Естественно, что в этом случае теряются какие-то данные об исходной трехмерной модели, но такой чертеж занимает гораздо меньше дискового пространства и может быть прочитан пользователями, не располагающими AMD.
5. Моделирование сборочных единиц и создание сложных поверхностей в среде Аutodesk Мechanical Desktop.
В начале были рассмотрены основные приемы конструирования деталей в Autodesk Mechanical Desktop (АМD). Каким образом из деталей можно получить узлы, изделия и механизмы? В масштабах современной проектной организации процесс автоматизированного проектирования узлов и механизмов предусматривает три различных подхода к конструированию:
“снизу-вверх” при наличии всех деталей, из которых компонуется изделие. В этом случае проектирование идет от частного к общему, а разработка узла или изделия заключается в простом соединении всех составных частей в единую конструкцию; “сверху-вниз” , когда детали, из которых компонуется изделие, как и само изделие в целом, еще предстоит сконструировать, а проектирование идет от общего к частному с разработкой общей логической схемы изделия и принципиальных эскизов составляющих его компонентов, затем создаются модели деталей, после чего производится сборка узлов и всего изделия;
“комбинированный”, предполагающий наряду со стандартными деталями в проектируемом изделии использование и вновь разрабатываемых.
AMD при моделировании сборочных единиц позволяет реализовать все три подхода. В общем случае процесс конструирования изделия состоит из следующих этапов: 1. построение моделей деталей (см. часть I) или узлов;
2. преобразование деталей и узлов в описание компонентов изделия; 3. сборка компонентов в узлы и изделия; 4. наложение зависимостей на компоненты узлов и изделия; 5. редактирование сборочных узлов и изделия; 6. контрольная проверка и анализ узлов и изделия; 7. выполнение сборочного чертежа узлов и изделия;
8. передача готового изделия в расчетные программы для анализа.
При работе над любым проектом необходимо организовать процесс разработки модели и проектной документации к ней. Поэтому в AMD рекомендуется модель каждой детали или узла, входящих в изделие, располагать в отдельном файле, что позволит, во-первых, создать базу данных специализированных деталей и узлов, во - вторых, отразить изменения деталей, во всех узлах и изделиях, где они используются (в том числе в разрабатываемых другими конструкторами), и наконец, в-третьих, легко хранить и управлять отдельными деталями и узлами при помощи программ (менеджеров проектов) типа Autodesk WorkCenter. Эти программы обеспечивают непрерывный контроль изменений в проекте, автоматизацию документооборота внутри проектной группы, распределение работ по исполнителям, поиск требуемых документов и их движение, проверку правильности составления документов и защиту готового проекта от несанкционированного доступа. Рассмотрим основные возможности среды AMD при конструировании сложных изделий. 5. 1 Параметрическое моделирование сборочных единиц в AutoCAD Designer R2. 1 (модуль ASSEMBLIES)
Параметрическое моделирование сборочных единиц является новой возможностью AutoCAD Designer R2. 1. В отличие от предыдущих версий, где параметрические свойства поддерживались только на уровне отдельно взятой модели, но не сборочной единицы, здесь процесс “сборки” проектируемого изделия можно полностью доверить программе, обеспечивающей моделирование с автоматизированной генерацией сборочных чертежей и даже спецификаций, лишь задав ей необходимые связи, ограничивающие число степеней свободы моделей деталей, узлов и изделий. 5. 1. 1 Основные этапы конструирования сборочных единиц в AutoCAD Designer R2. 1 Как правило, в любом изделии машиностроительной отрасли существует один базовый компонент (например, основание), к которому крепятся все остальные узлы и детали, причем каждый подузел имеет свой базовый компонент. Иными словами, любое изделие имеет некую иерархическую структуру, где можно отчетливо видеть взаимосвязь отдельных компонентов и проследить последовательность сборки. Процесс моделирования сборочных единиц в AutoCAD Designer максимально приближен к реальному процессу конструирования и состоит из следующих этапов: 1. определение компонентов сборочной единицы; 2. вставка компонентов в сборочную единицу; 3. наложение и редактирование связей между компонентами; 4. сборка компонентов и анализ сборочной единицы; 5. создание сборочного чертежа. Рассмотрим каждый из этих этапов более подробно. Определение компонентов сборочной единицы
Поскольку любая сборка состоит как минимум из двух деталей (иначе теряется смысл этого понятия), необходимо сделать пояснения, каким образом можно создать несколько моделей в одном и том же файле, и какие объекты могут выступать в качестве компонентов сборочных единиц. 5. 1. 2 Работа с несколькими моделями в одном файле
Начиная моделировать трехмерный объект во вновь открытом файле, конструктор имеет единственную модель, которая является активной, и к которой добавляются все конструкторско-технологические элементы.
Если же на основе заданного профиля создается базовая форма новой модели, то необходимо выполнить команду AMNEWPART (Parts/Part/New или опцию Новая из меню Детали и подменю Деталь), при этом новая модель автоматически становится активной и последующие операции будут воздействовать только на нее. Для переключения между несколькими моделями существует команда AMACTPART (Parts/Part/Active или опция Активная из меню Детали и подменю Деталь), которая просит пользователя указать одну из существующих моделей и делает ее активной. Следует отметить, что в принципе в качестве компонентов сборочной единицы могут выступать и твердые тела AutoCAD, но тем не менее рекомендуется их конвертировать в модели Designer при помощи уже названной команды AMNEWPART. Как уже упоминалось, стандартные твердые тела AutoCAD не поддаются редактированию, поэтому на первый взгляд их использование в параметрических сборках выглядит совсем нелогичным. Однако принимая во внимание тот факт, что в реальных изделиях используется великое множество стандартных и покупных деталей, заведомо не подлежащих модификации, использование таких твердых тел становится оправданным и даже желательным, так как их описание занимает меньше дискового пространства по сравнению с параметрическими моделями, что особенно актуально при моделировании реальных изделий.
Действительно, если, например, моделируется электропривод, то двигатель в большинстве случаев является покупным, поэтому, с одной стороны, для экономии дискового пространства целесообразно иметь нередактируемую модель, но в то же время, осознав однажды преимущества параметрического моделирования в AutoCAD Designer, проектировщик вряд ли согласится моделировать подобный объект при помощи стандартных твердых тел. Данная дилемма решается чрезвычайно просто. Создав параметрическую модель стандартного изделия, можно “забыть” ее параметрические свойства, выполнив команду AMMAKEBASE (Parts/Utilities/Make Base или опцию Базовый элемент из меню Детали и подменю Утилиты) и превратив эту модель в так называемую базовую. 5. 1. 3 Понятие компонента сборочной единицы
Создание нескольких моделей деталей –это только подготовительный этап для создания сборочной единицы. При проектировании нескольких моделей в одном файле Designer присваивает каждой новой модели порядковый номер и не более того. Чтобы начать сборку, в первую очередь необходимо определить компоненты, дав осмысленные названия каждой модели и создав своеобразный перечень деталей.
Процедура определения компонента сборочной единицы выполняется командой AMNEW (Assemblies/Component Definitions/Create или опцией Создать.... из меню Узлы и подменю Описание), где в диалоговом окне задается тип компонента (деталь или подузел), затем выбирается одна из моделей (или уже существующих подузлов) и присваивается ей название. Выполнение данной команды аналогично созданию блоков стандартными средствами AutoCAD. После определения компонента он исчезает с экрана, однако хранится в памяти для последующей вставки. Все определенные компоненты становятся доступными при вызове команды AMCOMPMAN (Assemblies/Component Definition/Manage или опции Диспетчер.... из меню Узлы и подменю Описание), в диалоговом окне которой предоставлены дополнительные возможности работы с внешними ссылками.
5. 1. 4 Использование внешних ссылок для определения компонентов сборки
Очень часто в процессе конструирования становится целесообразным и даже предпочтительным моделирование каждой детали в отдельном файле, поскольку это облегчает создание рабочих чертежей и модификацию моделей. Для включения подобных моделей в сборочные единицы рекомендуется использовать внешние ссылки, задание которых осуществляется опцией Attach (Добавить.... ) в диалоговом окне менеджера компонентов, вызываемом уже упомянутой командой AMCOMPMAN. Данное диалоговое окно содержит в левой части перечень компонентов, определенных в текущем файле, а в правой части - список компонентов, определенных с использованием внешних ссылок. При этом опция Externalize (Переименовать) позволяет вынести локальный компонент во внешний файл, а опция Localize (Вставить)
локализовать внешний компонент, полностью перенеся в текущий чертеж параметрическое определение модели. 5. 1. 5 Вставка компонентов в сборочную единицу
Определение компонентов сборочной единицы задает лишь описание доступных для использования деталей, а с тем, чтобы начать сборочный процесс, все компоненты необходимо явно ввести в использование (“материализовать”). Иными словами, проводя аналогию с рабочим-сборщиком, нужно выложить на “верстак” все доступные компоненты, требуемые для сборки. Вставка компонентов в рабочее пространство производится командой AMINSERT (Assemblies/Component Instances/Insert или опцией Вставить.... в меню Узлы и подменю Вхождения). Эта процедура подобна вставке блоков в AutoCAD. В реальном изделии одна и та же деталь может использоваться несколько раз в различных комбинациях, также и в AMD вставка одного компонента может производиться неоднократно. При внедрении компонентов в сборочное пространство, следует соблюдать определенную последовательность предполагаемой сборки, вводя сначала базовые, а затем “присоединяемые” к ним компоненты, причем относительное расположение и ориентация вводимых компонентов не играет роли, поскольку дальнейшее введение параметрических связей позволяет собирать их в автоматическом режиме.
5. 1. 6 Наложение и редактирование связей между компонентами
В реальных конструкциях отдельные детали всегда взаимосвязаны, как правило, попарно (например, вал–втулка, корпус–крышка), при этом такие взаимные связи всегда ограничивают количество степеней свободы каждой детали, вводимой в сборку. Именно принцип ограничения числа степеней свободы и был взят за основу в AMD для моделирования сборки. Введение связей производится при помощи команды AMCONSTRAIN (Assemblies/Constraints/Create или опции Наложить.... в меню Узлы и подменю Зависимости), где в диалоговом окне конструктору предлагается выбрать один из четырех вариантов связей, определяющих взаимную ориентацию компонентов: Mate (Совмещение – встык) –указание совпадающих плоскостей, линий или точек двух компонентов с заданием, при желании, отступа между компонентами.
Flush (или Заподлицо) – ориентация нормалей граней пары компонентов параллельно в одном направлении. Align (или Ориентация) –ориентация нормалей граней пары компонентов под заданным углом с сохранением общего направления.
Oppose (или Направление) –ориентация нормалей граней пары компонентов под заданным углом в противоположных направлениях.
Введение параметрических связей между компонентами облегчают пиктограммы индикации числа степеней свободы каждого компонента, которые можно сделать видимыми при помощи опции DOF в диалоговом окне управления выводом на экран компонентов. Окно вызывается командой AMASSMVIS (Assemblies/ Assembly Instances/Set Visibility или опцией Видимость.... из меню Узлы и подменю Вхождения). Задав тип связи между компонентами необходимо указать, к каким компонентам применяется заданная связь, после чего компоненты перестраиваются на экране автоматически с учетом введенных связей, имитируя таким образом процесс сборки. При ошибочном вводе некоторых связей их можно отредактировать при помощи команды AMEDITCONST (Assemblies/Constraints/Edit или опции Редактировать.... из меню Узлы и подменю Зависимости) либо удалить, вызвав команду AMDELCONST (Assemblies/Constraints/Delete или опцию Удалить.... из меню Узлы и подменю Зависимости). 5. 1. 7 Сборка компонентов и анализ сборочной единицы
Как уже было отмечено, после введения связей компоненты автоматически перестраиваются на экране. Автоматическая сборка контролируется системной переменной AMAUTOASSEMBLE, которая доступна в командной строке или в диалоговом окне с общими установками, вызываемом командой AMASSMVARS (Assemblies/Preferences или опцией Установки.... из меню Узлы). В противоположность автоматической сборке существует возможность сборки “вручную” при отключенной системной переменной AMAUTOASSEMBLE. При этом, естественно, все перестроения на экране также происходят автоматически, но для их инициализации необходимо вызвать команду AMASSEMBLE (Assemblies/ Constraints/Assemble или опцию Собрать из меню Узлы и подменю Зависимости). При выполнении сборки всегда возникает необходимость анализа массово-инерционных свойств компонентов и их взаимовлияния в сборочной единице. Для этих целей существуют команды соответственно AMMASSPROP (Assemblies/Analysis/Mass properties или опция Масс-характеристики из меню Узлы и подменю Анализ) и AMINTERFERE (Assemblies/Analysis/Interference или опция Взаимодействие из меню Узлы и подменю Анализ). Выполнение первой команды аналогично получению массовых характеристик для активной модели, а вторая позволяет выделить в сборочной единице пространственные объемы, получаемые в результате взаимопересечения отдельных компонентов.
5. 1. 8 Использование подузлов при моделировании сложных изделий
Как правило, любое сложное изделие имеет в своем составе подузлы, характеризующиеся так же, как и основная сборка наличием базового компонента, к которому присоединяются другие детали. С тем чтобы облегчить работу с множественными подузлами в одном файле, в AMD введено новое понятие–цель. Так называется любая сборка (подузел), имеющаяся в рабочем файле. Создание новой цели происходит автоматически при определении компонента сборочной единицы в виде подузла при помощи команды AMNEW (описана выше). Работа с несколькими целями в модуле Assemblies аналогична работе с несколькими моделями в модуле Parts, но в отличие от последней при работе с конкретной целью все остальные объекты исчезают с экрана, чтобы не загромождать рабочее пространство. Каждая целевая сборка в файле имеет свое название. Главная целевая сборка называется по имени файла, а всем подузлам имена даются по умолчанию в формате SUB1, SUB2 и т. д. или назначаются пользователем. Переключение между целями осуществляется в диалоговом окне при вызове команды AMTARGET (Assemblies/Assembly Instances/Edit Target или опции Объект редактирования.... из меню Узлы и подменю Вхождения). 5. 2 Создание сборочного чертежа
Генерация сборочных чертежей практически не отличается от создания рабочих чертежей моделей и выполняется в том же модуле Drawings (меню Чертеж), работа с которым уже была описана в первой части. Тем не менее здесь существуют некоторые особенности, связанные в основном с требованиями западных стандартов по созданию конструкторской документации. 5. 2. 1 Создание сцен-схем
Как известно, сборочный чертеж по единой системе конструкторской документации (ЕСКД) представляет собой в общем случае совокупность проекционных видов и разрезов сборочной единицы, позволяющих уяснить их взаимное расположение. В принципе его создание не требует наличия изометрических видов, а изделие на чертеже всегда показывается в собранном виде. В отличие от российских норм западные стандарты определяют выполнение изометрических проекций сборки, причем в так называемом “разнесенном” виде (exploded view). Для создания таких проекций в AMD имеются расширенные возможности. Хотя использование подобных видов не стандартизовано в России, они могут оказаться полезными в процессе моделирования, а также при создании презентационных материалов или включений в руководство по сборке и эксплуатации проектируемого изделия. Поэтому остановимся на их создании несколько подробнее, но сначала необходимо дать определение еще одному понятию–сцена-схема. Пространство сцены-схемы, также является подмножеством в пространстве модели, но его назначение отличается от пространства цели. Давая определения компонентам сборки и вводя их в использование, конструктор работает в пространстве цели, при этом ему доступны средства редактирования состава сборок и подузлов, а также связи между их компонентами. Переключаясь же в пространство сцены-схемы, он лишается доступа к командам редактирования, однако приобретает возможность задавать степень “разнесения” компонентов сборки для последующего создания “разнесенных” видов, причем каждая цель может иметь несколько подобных сцен-схем. Создание и редактирование параметров сцен-схем производится командой AMSCENE (Assemblies/Scenes/Create & Manage или опцией Диспетчер.... из меню Узлы и подменю Схемы), с помощью которой можно задать название новой сцены-схемы и установить коэффициент разнесения-разборки компонентов. Команда AMSCENEUPDATE (Assemblies/Scenes/Update или опция Обновить из меню Узлы и подменю Схемы) выполняет обновление сцены-схемы после произведенных в ней изменений, а команда AMTARGET позволяет вернуться к редактированию нужной цели. Помимо указанных возможностей в меню Assemblies/Scenes (Узлы/Схемы) имеются команды задания коэффициентов разнесения-разборки для индивидуальных компонентов, а также построения так называемых траекторий сборки. После создания одной или нескольких сцен-схем можно использовать все описанные выше возможности модуля Drawings для генерации проекционных видов и разрезов на сборочном чертеже, а также добавлять справочные размеры и аннотации. 5. 2. 2 Создание спецификаций
При генерации сборочных чертежей можно воспользоваться командами AMD для автоматического моделирования спецификаций. Для этого необходимо задать форму спецификации при помощи команды AMBOMSETUP (Assemblies/Scenes/Bill of Materials/Setup или опции Настройка.... из меню Узлы подменю Схемы и Спецификации), затем при помощи команды AMBALLOON (Assemblies/Scenes/Balloons или опции Номера позиций из меню Узлы и подменю Схемы) создать выносные элементы к компонентам сборки на видах чертежа, после чего, вызвав команду AMBOM (Assemblies/Scenes/Bill of Materials/Create Table или опцию Создать таблицу из меню Узлы, подменю Схемы и Спецификации), создать спецификацию в поле чертежа или вывести ее во внешний файл. Спецификации моделируются на основании данных, задаваемых пользователем в процессе моделирования сборочной единицы (название компонента, их количество и. т. д. ).
Таким образом, использование перечисленных возможностей среды AMD позволяет конструктору проектировать достаточно сложные параметрические твердотельные модели сборки узлов и изделий. Однако возросшие требования к дизайну современных изделий, в которых необходимо создавать абсолютно гладкие обводы контуров, особенно для изделий авиационно-космической, автомобильной и судостроительной промышленности, заставляют конструктора настолько усложнять формообразующие деталей проектируемых изделий, что программам параметрического моделирования не всегда удается справиться с поставленной задачей. Поэтому в среде AMD этой цели служит AutoSurf. 5. 3 Создание сложных поверхностей в AutoSurf R3. 1
Прежде чем начать рассказ о способах создания поверхностей различных типов в AutoSurf, остановимся на способах представления трехмерных моделей на экране и расчета поверхностей на уровне программного кода AutoSurf. Самый простой способ представления трехмерных моделей–это так называемые “проволочные каркасы”, или просто каркасы, которые дают неоспоримые преимущества по сравнению с моделированием на плоскости, поскольку позволяют более ясно визуализовать модель и более надежно контролировать взаимное расположение составляющих ее элементов. Кроме того, каркасы можно использовать и для создания проекционных видов. Недостаток каркасного представления моделей состоит в том, что программа не может “увидеть” все особенности поверхностей, определяемых каркасами, и из-за этого невозможно построить точные сечения. В отличие от этого способа моделирование при помощи поверхностей позволяет определить своеобразную “оболочку” трехмерного объекта, а следовательно, получить более четкое представление о модели и использовать компьютерные данные не только для визуализации, но и в технологических процессах (например, при подготовке управляющих программ для станков с ЧПУ). Программа AutoSurf комбинирует преимущества этих двух способов. Во внутреннем формате AutoSurf имеет дело с поверхностными оболочками, которые представляют собой контуры, точно описываемые математическими уравнениями. Однако в процессе моделирования поверхности выводятся на экран в виде каркасов, что существенно сокращает время регенерации изображения. Кроме того, каркасы в AutoSurf используются в качестве исходных данных для построения поверхностей произвольной формы. При этом в качестве исходных каркасных элементов могут служить как стандартные геометрические примитивы AutoCAD (линии, полилинии, дуги, сплайны), так и специфические элементы AutoSurf, как например, линии с векторами приращений.
5. 3. 1 Классы поверхностей в AutoSurf и способы их построения
В AutoSurf существует четыре класса поверхностей в зависимости от способов их получения: элементарные поверхности (базовые);
поверхности движения (получаемые перемещением элементов каркаса); поверхности натяжения (получаемые натяжением “оболочки” на статичный каркас); производные поверхности (получаемые на базе уже существующих).
Каждый из перечисленных классов может создаваться одним из шестнадцати имеющихся в AutoSurf способов образования поверхностей. Но несмотря на такое разнообразие способов создания, все поверхности без исключения представляются во внутреннем формате программы AutoSurf с применением неоднородных рациональных B-сплайновых численных методов (далее NURBS). Использование методов NURBS позволяет точно описывать большинство самых распространенных типов поверхностей, таких как поверхности Кунса, Безье и B-сплайновые, не говоря о возможности представления с исключительной точностью элементарных поверхностей. При этом независимо от типа исходных каркасных элементов (реальный сплайн или полилиния) результирующие поверхности получаются путем сплайновой аппроксимации. Дальше при рассмотрении способов построения поверхностей будем использовать термин “каркасный элемент”, понимая его в широком смысле. 5. 3. 2 Элементарные (базовые) поверхности
Класс элементарных поверхностей представлен поверхностями четырех типов. Эти поверхности являются рациональными (т. е. описываются рациональными математическими уравнениями) и характеризуются постоянной геометрической формой. К ним относятся конус (полный или усеченный), цилиндр, сфера и тор. Построение указанных поверхностей выполняется единой командой AMPRIMSF (Surfaces/Create Primitives/Cone & Cylinder & Sphere & Torus или опциями Конус/Цилиндр/Сфера/Тор из меню Поверх и подменю Создание примитивов) и не нуждается в дополнительных комментариях, поскольку последовательность задания их характерных размеров стандартна. Все эти поверхности являются поверхностями вращения. По умолчанию используется вращение на 360° , но допустимо создавать их и при меньших углах вращения, задавая значение угла в командной строке. 5. 3. 3 Поверхности движения
В данном классе имеется четыре типа поверхностей: вращения, сдвига, трубчатые и поверхности изгиба (заметания), получаемые перемещением набора криволинейных образующих сечений вдоль криволинейных направляющих. При создании поверхностей каждого из указанных типов необходимо задание формы направляющих (U) и/или образующих (V) линий, при этом результирующая поверхность получается сплайновой аппроксимацией путем перемещения заданных исходных элементов. Рассмотрим каждый тип более подробно.
Поверхности вращения (revolved) создаются командой AMREVOLVESF (Surfaces/ Create Surface/Revolve или опцией Вращения из меню Поверх и подменю Создание поверхности) путем вращения существующего каркасного элемента вокруг заданной оси. При этом в качестве оси может выступать другой каркасный элемент (прямолинейный), либо она может быть определена путем указания двух точек. Исходный каркасный элемент задает форму образующих линий, а получаемые направляющие имеют вид концентрических окружностей (или дуг) в зависимости от заданного угла вращения. Таким образом, поверхности вращения всегда являются рациональными, что роднит их с элементарными поверхностями. Поверхности сдвига (extruded) строятся командой AMEXTRUDESF (Surfaces/Create Surface/ Extrude или опцией Сдвига из меню Поверх и подменю Создание поверхности) путем выдавливания исходного каркасного элемента вдоль прямолинейной траектории. Как и в предыдущем случае, направление и длину траектории сдвига можно задать двумя точками, расстоянием или указанием прямолинейного каркасного элемента. Строя поверхности сдвига, можно использовать несколько каркасных элементов одновременно, а также задавать уклон выдавливания, что полезно, например, при проектировании литьевых изделий и пресс-форм.
Трубчатые поверхности (tubular) создаются командой AMTUBE (Surfaces/Create Surface/ Tubular или опцией Трубчатая из меню Поверх и подменю Создание поверхности) путем задания траектории труб и постоянного диаметра. В качестве траекторий труб могут использоваться сплайны, дуги, линии и полилинии. При этом если в качестве траектории выступает ломаная линия или полилиния, необходимо указать радиус прогибания либо для каждого излома траектории, либо общий. Следует отметить, что трубчатые поверхности также всегда являются рациональными.
Поверхности изгиба (swept) моделируются при помощи команды AMSWEEPSF (Surfaces/Create Surface/Sweep или опции Изгиба из меню Поверх и подменю Создание поверхности) путем перемещения одного или нескольких каркасных элементов-сечений вдоль одного или двух направляющих каркасных элементов. Сечения могут иметь разнородную форму, а результирующая поверхность получается сглаживанием. Задавая дополнительные параметры в диалоговом окне, можно также управлять ориентацией сечений при их перемещении вдоль одной направляющей (параллельно исходному сечению или по нормали к направляющей) или выбирать способ масштабирования сечений при использовании двух направляющих. 5. 3. 4 Поверхности натяжения
При создании поверхностей натяжения также необходимо наличие исходных каркасных элементов, но в отличие от предыдущего класса эти элементы остаются статичными, а поверхность как бы “натягивается” на них. В данном классе имеется четыре типа поверхностей: линейчатые (соединения), планарные, задаваемые набором направляющих и задаваемые набором направляющих и образующих. Линейчатые поверхности (ruled) строятся при помощи команды AMRULE (Surfaces/Create Surface/Rule или опции Соединения из меню Поверх и подменю Создание поверхности) путем задания двух каркасных элементов, служащих образующими; при этом направляющие генерируются автоматически и всегда представляют собой прямые линии (отсюда название типа поверхностей). Планарные поверхности (planar) являются частным случаем поверхностей с неоднородным контуром и представляют собой участки плоскости, ограниченные произвольным замкнутым контуром. Они создаются командой AMPLANE, которая имеет два варианта построения: один из них позволяет строить так называемую базовую планарную прямоугольную поверхность заданием двух точек на плоскости (Surfaces/Create Surface/Planar или опцией Плоская из меню Поверх и подменю Создание поверхности), а второй–планарную поверхность с неоднородным контуром (усеченную) на основе задания замкнутых каркасных элементов в плоскости (Surfaces/Create Surface/Planar Trim или опцией Плоская усеченная из меню Поверх и подменю Создание поверхности). Поверхности, задаваемые набором направляющих (loft U) требуют задания набора нескольких каркасных элементов, ориентированных приблизительно параллельно и не пересекающихся между собой. В диалоговом окне, вызываемом командой AMLOFTU (Surfaces/Create Surface/ LoftU или опцией Натяжения U.... из меню Поверх и подменю Создание поверхности), можно унифицировать направление исходных каркасных элементов, дать явное указание, чтобы поверхность проходила точно по выбранным направляющим или выбрать оптимизационное построение для автоматического уменьшения количества аппроксимирующих поверхностных сегментов, при котором исходные полилинии будут преобразованы в сплайны на основе заданных линейного и углового допусков. Кроме того, есть возможность задать автоматический режим выравнивания границы поверхности в том случае, если концы каркасных элементов расположены непропорционально.
Поверхности, задаваемые набором направляющих и образующих (loft UV) проектируются подобно описанному выше методу при помощи команды AMLOFTUV (Surfaces/Create Surface/Loft UV или опцией Натяжения UV из меню Поверх и подменю Создание поверхности) за исключением того, что в качестве исходных объектов необходимы два набора каркасных элементов (направляющих и образующих). Линии в каждом наборе должны быть приблизительно параллельными и не пересекаться между собой. При этом направляющие линии обязательно пересекают образующие линии, создавая некое подобие пространственной ячеистой сети, каждый из сегментов которой является быть “параметрически квадратным”. Образующие и направляющие не обязательно должны иметь “физическое” пересечение, а могут перекрещиваться, но при этом расстояние между ними в узлах каркаса должно удовлетворять заданному допуску, который управляется системной переменной AMJOINGAP. Выполняя построение таких поверхностей, можно контролировать соответствие узлов каркаса данному допуску. 5. 3. 5 Производные поверхности
Производные поверхности также являются поверхностями произвольной формы, однако в отличие от поверхностей, описанных выше, могут быть построены на основе уже существующих поверхностей. В этом классе также четыре типа поверхностей: перехода (сглаживающие), сопряжения (на пересечении двух поверхностей), углового сопряжения (на стыке трех сопряжений) и подобия (офсетные). Поверхности перехода (blended), создаваемые командой AMBLEND (Surfaces/Create Surface/Blend или опцией Перехода из меню Поверх и подменю Создание поверхности), строятся на основе двух, трех или четырех поверхностей, при этом результирующая поверхность является касательной ко всем исходным. При построении поверхностей перехода возможно также использование в качестве исходных данных всех типов каркасных элементов, при этом можно контролировать “вес” каждого исходного элемента, который определяет протяженность касательного участка поверхности.
Поверхности сопряжения (fillet), создаваемые командой AMFILLETSF (Surfaces/Create Surface/Fillet или опцией Сопряжения.... из меню Поверх и подменю Создание поверхности), позволяют выполнить сопряжение постоянного или переменного радиуса или же кубическое сглаживание между двумя пересекающимися поверхностями вдоль границы их пересечения. При этом в диалоговом окне можно задать режим автоматической обрезки одной или обеих сопрягаемых поверхностей либо оставить исходные поверхности неизменными. Кроме того, диалоговом окне можно задать протяженность поверхности сопряжения относительно границ исходных поверхностей.
Поверхности углового сопряжения (corner), проектируемые командой AMCORNER (Surfaces/Create Surface/ Corner Fillet или опцией Углового сопряжения из меню Поверх и подменю Создание поверхности), создают поверхность перехода на стыке трех пересекающихся поверхностей сопряжения, при этом возможна автоматическая обрезка исходных поверхностей.
Поверхности подобия (offset) проектируются командой AMOFFSETSF (Surfaces/Create Surface/Offset или опции Подобия из меню Поверх и подменю Создание поверхности) и создаются параллельно имеющейся поверхности в положительном или отрицательном направлении относительно ее нормали на заданном расстоянии. Эту функцию можно применять одновременно к нескольким поверхностям, а в качестве расширенных возможностей можно автоматически удалить исходные поверхности. 5. 4 Общие свойства поверхностей 5. 4. 1 Представление поверхностей AutoSurf на экране
Поверхности AutoSurf могут быть представлены на экране либо в тонированном виде, либо при помощи каркасов. Очевидно, что тонированние поверхностей стоит использовать только на последних этапах работы, например для подготовки презентационных материалов, однако в процессе моделирования каркасное представление поверхностей является наиболее оправданным. При этом необходимо иметь в виду, что каркасы, используемые для представления существующих поверхностей, являются лишь вспомогательным средством и в общем отличаются от каркасов, которые использовались для построения поверхностей. Конечно, исходные каркасы во многом определяют свойства поверхностей AutoSurf, однако созданная поверхность существует в графической базе AutoCAD как объект и к ней применимы все методы работы так же, как и к другим объектам AutoCAD: управление ее выводом на экран, выбор, копирование, модификация, редактирование при помощи ручек и т. д. В то же время исходный каркас может быть удален непосредственно после создания поверхности. 5. 4. 2 Направление поверхности
Как и любой геометрический объект, каждая поверхность в AutoSurf имеет начало и направление. Вектор, помещенный в так называемый начальный угол поверхности, называется нормалью и определяет не только начало поверхности, но и положительное направление в пространстве относительно нее. Кроме того, на самой поверхности также существуют два направления, определяемые направляющими и образующими линиями, которые в терминологии AutoSurf называются соответственно U и V линиями. При этом количество направляющих и образующих для представления поверхностей на экране задается в диалоговом окне при помощи команды AMSURFVARS (Surfaces/Preferences или опции Установки.... в меню Поверх). Для того чтобы распознать направление линий U и V, следует использовать “правило правой руки”, а направление поверхности можно изменить при помощи команды AMEDITSF (Surfaces/Edit Surface/Flip Normal или опции Сменить направление нормали из меню Поверх и подменю Редактирование поверхности). При желании, можно также задать вывод на экран образующих при помощи штриховых линий, что будет отличать их от направляющих, которые всегда выводятся на экран в виде непрерывных линий (так же, как граничные контуры поверхностей).
5. 5 Базовые поверхности и поверхности с неоднородным контуром
Большинство NURBS-поверхностей должны создаваться с использованием четырех гладких граничных элементов. Если исходные граничные каркасные элементы являются неоднородными (т. е. имеют резкие изменения в направлении кривизны), то результирующие NURBS-поверхности не будут гладкими и их поведение может быть непредсказуемым. Однако поскольку многие поверхности в реальном моделировании имеют неоднородные граничные контуры (как внешние, так и внутренние), то построение таких поверхностей проходит как бы в два этапа: сначала создается базовая непрерывно гладкая NURBS-поверхность, а затем производится ее обрезка с использованием неоднородных граничных контуров. Как только поверхность подверглась такой операции, контуры обрезки становятся ее неотъемлемой частью, однако при этом всегда можно получить доступ к базовой поверхности при помощи команды AMDISPSF (Surfaces/Surface Display или опции Изображение поверхностей.... из меню Поверх). Поверхности с неоднородным контуром характеризуются тем, что их граница может иметь произвольную форму, получаемую обрезкой имеющихся поверхностей. 5. 6 Кривизна поверхностей и линии с векторами приращений
Поскольку поверхности в AutoSurf являются гладкими NURBS-поверхностями, они характеризуются кривизной в каждой отдельно взятой точке. Для управления кривизной поверхностей в AutoSurf существует специальный геометрический объект–линия с векторами приращений (augmented line). Такие линии подобны полилиниям, однако при их использовании для построения поверхностей можно управлять кривизной результирующей поверхности, проходящей по нормали к векторам приращений.
Численные методы NURBS как способ представления поверхностей в AutoSurf
При построении поверхностей AutoSurf можно использовать каркасные элементы различных типов (сплайны, полилинии, линии, дуги, окружности, эллипсы, линии с векторами приращений), однако независимо от типа исходного каркасного элемента все данные преобразуются программой AutoSurf на основании метода NURBS. В связи с этим необходимо сделать некоторые пояснения по поводу сплайнов и в рамках необходимого минимума определиться в терминологии, что чрезвычайно важно для работы с AutoSurf. 5. 7 Сплайны и способы их построения.
Реальный сплайн –это гладкая кривая, проходящая через заданный набор точек. При построении NURBS-сплайна всегда подразумевается некий аппроксимируемый контур, состоящий из прямолинейных сегментов, вершины которых дают определение сплайна и называются контрольными точками. Контрольные точки не видны на экране в обычном режиме работы и, как правило, становятся доступными только при выполнении операций редактирования. Работая в AutoSurf, можно использовать реальные сплайны, которые стали неотъемлемым объектом AutoCAD R13, что чрезвычайно полезно в тех случаях, когда требуется построение произвольной гладкой кривой, например, проходящей через концы имеющегося набора каркасных элементов. В более общем случае пользователям часто приходится иметь дело с массивами координат, полученных в результате расчетов. Построение полилиний с использованием расчетных координат представляет собой первое приближение к построению поверхностей, однако такие полилинии не являются гладкими. Здесь на помощь приходит команда AMFITSPLINE (Surfaces/Edit Wireframe/Spline Fit или опция Сгладить сплайном.... из меню Поверх и подменю Редактирование каркаса), которая выполняет сплайновую аппроксимацию полилиний и других геометрических примитивов. Что касается редактирования сплайнов, то здесь всегда можно пользоваться встроенной командой SPLINEDIT, появившейся в AutoCAD R13. Порядок сплайна и сплайновые сегменты. Под порядком сплайна понимается порядок наивысшей экспоненты в описывающем его математическом уравнении плюс 1. В практических терминах порядок сплайна определяет максимальное число случаев, когда кривизна сплайнового сегмента может изменить свое направление. В AutoSurf его значение может варьироваться от 2 до 26, однако рекомендуется использовать 4-й порядок с тем, чтобы избежать возможных осложнений при применении сплайнов более высокого порядка. Часто при аппроксимации полилиний более точный результат достигается при использовании нескольких участков сплайнов, называемых сплайновыми сегментами, вместо единого сплайна, проходящего через заданный набор точек. Сплайновые сегменты остаются невидимыми для пользователя, однако для правильного задания режимов аппроксимации важно знать их, поскольку понятие порядка сплайна применяется отдельно к каждому сегменту, а не к сплайну в целом.
Аппроксимирующие поверхностные сегменты сплайновых поверхностей. Подобно тому, как в AutoSurf аппроксимация полилиний осуществляется с использованием сегментов кубических сплайнов, для аппроксимации поверхностей применяются кубические сплайновые поверхностные сегменты. Несмотря на то что эти сегменты практически всегда остаются невидимыми, также важно знать об их существовании и стараться сводить их количество к минимуму, поскольку от количества используемых аппроксимирующих поверхностных сегментов непосредственно зависит объем занимаемого дискового пространства, а также скорость просчета поверхностей. Кроме того, в общем случае увеличение количества поверхностных сегментов не ведет к существенному улучшению “качества” самой поверхности. С тем чтобы свести к минимуму количество используемых сегментов при аппроксимации поверхностей, следует преобразовывать полилинии в сплайны в явном виде до начала создания поверхности, а также задавать разумные значения допуска сплайновой аппроксимации. Рассматривая аппроксимирующие сегменты, стоит также уточнить, что сегменты не являются гранями поверхности, поскольку в общем случае все поверхности в AutoSurf непрерывно гладкие, если не задаются углы или направления касательных.
Непрерывность сплайнов и сплайновых поверхностей. Рассмотрев понятия порядка сплайна и сплайновых сегментов. необходимо остановиться еще на одном свойстве сплайнов и сплайновых поверхностей–непрерывности, которая характеризует наличие или отсутствие разрывов в “гладкости” сплайнов и поверхностей. Всего существует три класса непрерывности–С2, С1 и С0, и применяются они как к сплайнам, так и к поверхностям: У сплайнов и поверхностей с непрерывностью по классу С2, являющихся непрерывно гладкими, разрывы кривизны полностью отсутствуют; сплайны и поверхности с непрерывностью по классу С1 имеют одно или несколько изменений радиуса кривизны, причем линия, по которой проходит изменение радиуса кривизны, называется касательной; сплайны и поверхности с непрерывностью по классу С0 имеют один или несколько разрывов гладкости, что характеризуется резким изменением направления кривизны (разрыв непрерывности характеризуется наличием угла).
AutoSurf R3. 1 не поддерживает работу со сплайнами и поверхностями по классу непрерывности С0. В то же время исходные полилинии могут иметь класс непрерыности С0, но при их использовании, AutoSurf автоматически разбивает результирующий сплайн или поверхность на два или несколько фрагментов.