МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Автомобили» ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Методические указания к лабораторным работам (практикум) Ч а с т ь 1 Минск БНТУ 2014 1 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет Кафедра «Автомобили» ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Методические указания к лабораторным работам (практикум) для студентов специальности 1-37 01 02 «Автомобилестроение (по направлениям)» В 3 частях Ч а с т ь 1 Минск БНТУ 2014 2 УДК 629.33.02–047.58:004(076.5)(075.8) ББК 39.33я7 Т26 С о с т а в и т е л и : Д. В. Вихренко, Д. В. Третьяк, Г. А. Дыко Р е ц е н з е н т ы : А. С. Гурский, А. И. Рахлей Твердотельное моделирование автомобильных конструкций : методические указания к лабораторным работам (практикум) для студентов специальности 1-37 01 02 «Автомобилестроение (по на- правлениям)» : в 3 ч. / сост. : Д. В. Вихренко, Д. В. Третьяк, Г. А. Дыко. – Минск : БНТУ, 2014– . – Ч. 1. – 59 с. ISBN 978-985-550-063-7 (Ч. 1). Методические указания предназначены студентам специальности 1-37 01 02 «Автомобилестроение (по направлениям)» для выполнения лабораторных работ на этапе изучения дисциплин, связанных с автоматизированным проектированием узлов и механизмов автомобиля. Приводятся основные принципы и команды для моделирования твердого тела в системе САПР UNIGRAPHICS NX, подробное описание и алгоритмы работы команд модуля Modeling, справочные материалы. УДК 629.33.02–047.58:004(076.5)(075.8) ББК 39.33я7 ISBN 978-985-550-063-7 (Ч. 1) © Белорусский национальный ISBN 978-985-550-064-4 технический университет, 2014 Т26 3 ВВЕДЕНИЕ Твердотельное моделирование является одной из важнейших об- ластей знаний, необходимой для работы в системах САПР. Для ус- пешного освоения трехмерного моделирования необходимо обла- дать знанием вычислительной техники, начертательной геометрии, черчения и систем САПР низшего уровня (типа AutoCAD). Без использования трехмерных компьютерных моделей немыс- лима работа промышленных предприятий, производящих сложные наукоемкие изделия. По виртуальной модели изделия определяются его массово-инерционные, прочностные и иные характеристики, кон- тролируется взаимное расположение деталей, моделируются все ви- ды обработки на станках с ЧПУ, по фотореалистичным изображениям отрабатывается внешний вид, выпускается документация. Системы САПР высшего уровня, к которым относится UNIGRAPHICS, обес- печивают интеграцию всего цикла создания изделия от проектирова- ния, подготовки к производству до изготовления. Они позволяют конструировать детали с учетом особенностей материала (пластмас- са, металлический лист); проводить динамический анализ сборки с имитацией сборочных приспособлений и инструмента; проектиро- вать оснастку с моделированием процессов изготовления (процессы штамповки, литья, гибки). Это исключает брак в оснастке и делает ненужным изготовление натурных макетов, то есть значительно уменьшаются затраты и время на подготовку к производству изде- лия. Программы математического анализа таких САПР включают прочностной, кинематический и динамический анализ. Моделирова- ние механообработки позволяет оценить качество деталей с точки зрения их деформации. Кроме того, обеспечивается управление про- ектами на базе электронного документооборота. Геометрическое моделирование в UNIGRAPHICS дает конструк- тору возможность быстро выполнить как концептуальный проект, так и детальное проектирование. Используется подход, основанный на типовых элементах формы, типовых операциях, эскизах, дающий возможность создать и интерактивно редактировать сложную твер- дотельную модель. Твердотельное моделирование дает конструкто- ру метод моделирования, который интуитивно легче и понятнее, чем традиционное проволочное и поверхностное моделирование. 4 Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1 СОЗДАНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА НА ОСНОВЕ ЭСКИЗА Существуют два метода построения твердого тела: 1. Перемещение (протягивание) эскиза или любых кривых. Во время перемещения кривые образуют объем, моделируя твердое тело. 2. Создание примитивных элементов формы и их объеди- нение, вычитание или пересечение и последующее добавление деталей. Первый метод позволяет сразу получить сложную геомет- рию. Он особенно удобен, если используется эскиз, дает удоб- ные средства контроля над геометрией твердого тела. Редак- тирование тела осуществляется изменением либо параметров самой функции переноса, либо эскиза. Используя метод типовых элементов и операций, можно легко создать сложное твердое тело, имеющее отверстия, кар- маны, пазы и другие типовые элементы. После создания гео- метрии есть возможность прямого редактирования любого из использованных элементов. Например, можно изменить диа- метр и глубину ранее заданного отверстия. Стратегия, которая используется для создания и редактиро- вания модели, зависит от ее сложности. Как правило, исполь- зуется несколько различных методов. Например, начинают с эс- киза, который задает основную форму профиля детали. Затем, используя операцию вращения или переноса, создают основ- ную геометрию детали. Окончательно добавляются такие эле- менты формы, как фаски, отверстия, пазы и т. д. Создание эскиза Эскиз (Sketch) – это специальный набор функций, который дает возможность задать плоский контур кривых, управляе- мых размерами. Эскиз начинает создаваться с приблизитель- 5 ного определения контура кривых. Затем задаются ограниче- ния, которые точно определяют форму эскиза. Каждая кривая в контуре считается объектом, принадлежащим эскизу. Изме- нение геометрии эскиза автоматически отражается на геомет- рии построенного на его базе твердого тела. Для создания нового эскиза необходимо выполнить коман- ду Insert  Sketch [Вставить  Эскиз], задать плоскость или плоскую грань тела для размещения на ней эскиза. Порядок создания геометрии эскиза После активизации эскиза создается контур кривых, при- близительно соответствующий требуемой форме детали. Контур задается линиями по командам палитры Sketch Curve [Кривая эскиза] или из меню Insert [Вставить]. Здесь можно использовать следующие типы кривых: прямую Line, дугу Arc, окружность Circle, скругление Fillet, прямоугольник Rectangle, сплайн Spline и др. Кроме этого, для построения непрерывной цепочки, состоящей из прямых линий и дуг, имеет смысл ис- пользовать команду Profile [Профиль]. Для редактирования построенных линий используются опе- рации из меню Edit [Изменить]: Quick Trim [Быстрая обрез- ка] – удаляется сегмент выбранной линии до ближайшего пе- ресечения, Quick Extend [Быстрое расширение] – выбранная линия продлевается до ближайшего пересечения, Make Corner [Сделать угол] – две выбранные линии либо продлеваются до пересечения, либо обрезаются после пересечения, а также Edit Curve [Изменить кривые] – набор команд, с помощью которых можно изменять задающие точки, радиус скругления и др. При создании линий на них могут накладываться автома- тические ограничения согласно установкам Preferences  Sketch [Настройки  Эскиз] (например, по умолчанию, если линия отклоняется от вертикали или горизонтали менее чем на 3, она автоматически становится вертикальной или гори- зонтальной). Кроме того, при построении линии при движе- 6 нии мыши по экрану при создании первой точки система по- казывает ее координаты, а при создании второй точки система в интерактивном режиме показывает возможные ограничения, а также длину и угол наклона строящейся линии. Однако для точного задания положения линий в эскизе слу- жат размерные и геометрические ограничения. При наложе- нии ограничений система изображает степени свободы точек эскиза в виде желтых стрелок. По мере задания ограничений степени свободы исчезают. Полностью однозначно заданный эскиз не имеет степеней свободы. Размерные ограничения Insert  Dimensios определяют такие параметры, как длины прямой, размеры радиусов и т. д., или такие соотношения между геометрическими элементами, как расстояние, угол между прямыми (табл. 1.1). На размерные ограничения можно смотреть как на размеры на чертеже. Таблица 1.1 Опции задания размерных ограничений Опция Иконка Описание 1 2 3 Inferred [Наслед.] В этой опции выбирается гео- метрический объект на эски- зе, а система сама выбирает тип размера, который необ- ходимо использовать Horizontal [Горизонталь- ный] Горизонтальный размер – па- раллельно оси Х эскиза Vertical [Вертикальный] Вертикальный размер – па- раллельно оси Y эскиза Parallel [Параллельный] Расстояние между двумя точ- ками Perpendicular [Перпенди- кулярный] Расстояние от точки до пря- мой, вычисленное по перпен- дикуляру до прямой 7 Окончание табл. 1.1 1 2 3 Diameter [Диаметр] Диаметр окружности Radius [Радиус] Радиус дуги для любой дуги окружности на эскизе Angular [Угловой] Угловой размер между парой прямых эскиза. Угол изме- ряется в направлении против часовой стрелки от первой прямой ко второй Perimeter [Периметр] Длина периметра для группы линий эскиза – прямых и дуг окружности (этот размер не изображается в графическом окне) После выбора типа размера и объекта (объектов) на экране появляется изображение размерной выноски со значением раз- мера. После задания мышью расположения выноски появля- ется диалоговое поле, в котором можно присвоить новое имя и задать новое значение размера. При необходимости можно открыть полное окно Dimentions [Размеры], нажав в графи- ческом поле на иконку Sketch Dimension Dialog [Меню раз- меров эскиза]. Здесь можно дополнительно проследить изме- нение эскиза при изменении текущего размера бегунком, а так- же изменить высоту текста размера Text Height [Высота текста], изменить положение размерного текста, удалить раз- мер, выделив его в окне или на экране Remove Highlighted [Удалить подсвеченный]. Может сложиться ситуация, когда заданы избыточные раз- меры. В этом случае их цвет изменяется на желтый и лишний размер можно конвертировать в справочный (неактивный, ко- торый будет изображаться на экране, но изменить напрямую 8 его нельзя) с помощью команды Convert To/From Reference [Преобразовать в/из ссылочного]. Геометрические ограничения Constraints [Ограничения] дают возможность задать условия, которым должны удовле- творять отдельные элементы эскиза или соотношения между элементами эскизами. При расчете эскиза геометрические огра- ничения учитываются наравне с размерными. При выборе объекта (объектов) эскиза система изображает палитру с иконками ограничений, которые могут быть приме- нены в данный момент (табл. 1.2). Для задания ограничения надо выбрать его иконку. Возможно, после этого система по- просит указать дополнительную геометрию, необходимую для применения ограничения. Таблица 1.2 Опции задания размерных ограничений Ограничение Иконка Описание 1 2 3 Fix [Фиксированный] Это ограничение задает условие постоян- ного значения параметров, смысл которого зависит от типа выбранного объекта: - Точка – фиксированное положение точки; - Отрезок прямой – фиксированный угол наклона; - Конечные точки кривых – фиксированное положение точки; - Центр окружности, эллипса – фиксиро- ванное положение центра; - Дуга окружности – фиксированное значе- ние радиуса и положения центра окружности; - Дуга эллипса – фиксированное значение радиусов и положения центра эллипса; - Контрольные точки сплайна – фиксиро- ванное значение контрольных точек. Правильный выбор объекта в момент фикса- ции сильно влияет на систему ограничений, наложенных на эскиз 9 Окончание табл. 1.2 1 2 3 Coincident [Совпа- дающие] Две и более точки имеют одинаковые коор- динаты Concentric [Кон- центрические] Две и более окружности имеют один центр Collinear [Колли- неарные] Две и более прямые лежат на одной беско- нечной прямой Point on Curve [Точка на кривой] Выбранная точка лежит на указанной кривой Midpoint [Средняя точка] Средняя точка для отрезка прямой и дуги окружности. Кривая должна быть выбрана не за конечные точки Horizontal [Гори- зонтальный] Горизонтальная прямая Vertical [Верти- кальный] Вертикальная прямая Parallel [Парал- лельный] Две или более параллельных прямых или эллипсов Perpendicular [Пер- пендикулярный] Две прямые или два эллипса, перпендику- лярные друг другу Tangent [Касательно] Две касательные кривые Equal Length [Равная длина] Прямые одинаковой длины Equal Radius [Равный радиус] Окружности одинакового радиуса Constant Length [Постоянная длина] Прямая постоянной длины Constant Angle [Постоянный угол] Прямая постоянного наклона Mirror [Зеркальная сим- метрия] Два объекта являются зеркальным отраже- нием друг друга 10 Для просмотра наложенных ограничений можно восполь- зоваться командой Show All Constraints [Показать все огра- ничения]. Для просмотра и удаления наложенных ограничений мож- но воспользоваться командой Show/Remove Constrain [Пока- зать/удалить ограничения]. В то время как открыто это окно, при приближении курсора мыши к линиям эскиза в графиче- ском окне возле них появляются символы ограничений, по- могающие сориентироваться в наложенных ограничениях. Функция Mirror Curve [Зеркальная кривая] Функция зеркального отражения, доступная из меню Insert [Вставить], используется в случае, если контур имеет ось сим- метрии. Для этого надо выбрать линию, которая будет исполь- зоваться в качестве оси симметрии Mirror Centerline [Ось симметрии] и линии контура для симметрии Curve to Mirror [Кривая для зеркала]. После нажатия кнопки ОK или Apply [Принять] выбранный контур отобразится относительно ли- нии симметрии, а сама линия станет неактивной – она не бу- дет участвовать в построении тела на основе эскиза. Функция Alternate Solution [Альтернативное решение] Эта команда из меню Tools  Constraints [Инструменты  Ограничения] дает возможность переключиться на другое «альтернативное» решение эскиза, которое не противоречит наложенной схеме размерных и геометрических ограничений. Например, условие касательности двух окружностей выполня- ется как в случае нахождения одной окружности внутри дру- гой, так и снаружи. То же относится к образмериванию паза либо выступа относительно одной базы (рис. 1.1). 11 p1=2 p2=1 p1=2 p2=1 Рис. 1.1. Пример работы команды Alternate Solution [Альтернативное решение] Функция Animate Dimension [Анимация размера] Команда Animate Dimension из меню Tools  Constraints [Инструменты  Ограничения] позволяет оценить динами- ческое изменение выбранного размера в заданном диапазоне – от нижнего значения Lower Limit до верхнего Upper Limit. Вместе с размером меняется и связанная с ним геометрия эс- киза. После завершения функции эскиз возвращается к исход- ным размерам. Функция Convert To/From Reference [Преобразовать в/из ссылочного] После выбора функции из меню Tools  Constraints [Ин- струменты  Ограничения] система выводит диалоговое окно для переключения статуса кривых и размеров эскиза. Можно превратить активную кривую в ссылочную или превратить активный размер в размер для справки. Ссылочная кривая – это кривая, которая изображается вме- сте с эскизом и рассчитывается как и другие кривые. Она изображается серой пунктирной линией. Ее отличие состоит в том, что она не выбирается в качестве кривых контура для построения твердого тела. Для преобразования кривой (размера) в ссылочную кривую (справочный размер) и обратно необходимо: 12 – выбрать тип Reference [Ссылка] для преобразования кри- вой в ссылочную или Active [Активный] для обратного пре- образования; – выбрать нужные кривые и размеры; – нажать кнопку OK или Apply [Принять]. Функция Offset Projected Curves [Смещение выделен- ных кривых] С помощью команды Offset Projected Curves из меню Edit [Изменить] можно построить эквидистанту для кривых эскиза, полученных добавлением ребер тела и другой ассоциативной геометрии. При изменении базовой кривой эквидистанта будет также автоматически обновляться. Опции и параметры диалога подобны команде Insert  Curve from Curves  Offset [Вста- вить  Операции с кривыми  Смещение]. В простейшем случае достаточно задать расстояние Distance. Направление по- строения эквидистанты показывается вектором и изменяется командой Reverse Direction [Сменить направление]. Управление эскизом К командам управления эскизом относятся команды пози- ционирования эскиза и добавления в него геометрии. Функции позиционирования Команды меню Tools  Positioning Dimensions [Инстру- менты  Размеры позиционирования] позволяют создать (Create), изменить (Edit), удалить (Delete) либо переопре- делить (Redefine) позиционный размер, который позволяет определить положение эскиза относительно других частей твердого тела заданием размеров до ребер, координатных плоскостей, граней и координатных осей. После выбора ко- манды создания система выводит стандартное диалоговое ок- но позиционирования с возможными способами определения- ми позиционных размеров. 13 Функция Reattach [Переприсоединить] С помощью этой команды из меню Tools [Инструменты] можно изменить привязку эскиза – задать новую грань тела или плоскость для размещения эскиза и горизонтальное или вертикальное направление. Эскиз можно привязать только к той грани, которая по де- реву построения создана раньше самого эскиза. Функции добавления кривых к эскизу В меню Insert [Вставить] есть команды добавления кривых к эскизу. Командой Existing Curves [Существующие кривые] можно добавить кривые и точки к активному эскизу, лежащие в той же плоскости, что и эскиз. При добавлении система не накладывает на них никаких геометрических ограничений и не убирает возможные разрывы между эскизом и добавленной геометрией. Для наложения ограничений можно воспользовать- ся командой автоматического создания ограничений Automatic Constraint Creation [Автосоздание ограничений]. Если кри- вые получены в результате операции, сохраняющей ассоциа- тивную связь со своими исходными элементами (проекции, эк- видистанты, сплайны по законам), то они не могут быть добав- лены в эскиз. Для добавления таких кривых в эскиз необхо- димо воспользоваться командой Project [Кривая проекции]. Этой командой можно добавлять в эскиз ребра, кривые с другого эскиза и кривые, которые являются результатом вы- полнения ассоциативных операций построения. Цепочки, выделенные из ассоциативных кривых, содержат ассоциативную связь с основной геометрией. Если основные кривые изменяются, то цепочка кривых, добавленных к эски- зу, тоже изменяется. Если основные кривые подавлены, це- почка кривых остается видимой на эскизе. Если выбрана поверхность, ее ребра автоматически вклю- чаются в эскиз. При любом изменении грани, в том числе и 14 при изменении ее топологии (тип и число ребер на грани), кривые на эскизе будут автоматически обновляться. Эскиз не может содержать позиционные размеры и ассоци- ативные добавленные объекты одновременно. Если в эскизе уже есть что-либо одно, то добавление другого вызывает со- общение об ошибке. Позиционные размеры можно удалить с помощью команды удаления позиционных размеров. Функция Edit Defining String [Изменить заданную цепочку] Функция Edit Defining String дает возможность добавить или удалить кривые из цепочки кривых, которая определена, например, в качестве контура или направляющей для опера- ций построения твердого тела. После выбора этой команды система переключается в ре- жим добавления или исключения кривых из задающей цепоч- ки. Для добавления кривой ее надо выбрать с помощью левой кнопки мыши MB1. Для удаления кривой ее надо выбрать с по- мощью левой кнопки с одновременным нажатием клавиши верхнего регистра Shift + MB1. В окне Edit String [Изменить цепочку] расположен спи- сок имен операций, при построении которых использовался эскиз. Надо выбрать операцию, для которой изменяется кон- тур. После выбора операции система подсвечивает тот контур, который использовался для ее определения. Если для изменения доступен как контур, так и направляю- щая, то необходимо указать соответствующую опцию в поле String Type [Тип цепочки] – сечение Section или направля- ющая Guide. Для завершения работы с эскизом надо выбрать команду Task  Finish Sketch [Задача  Закончить эскиз] либо од- ноименную иконку на панели инструментов. Для редактирования объектов эскиза необходимо воспользо- ваться командой Edit  Sketch [Изменить  Эскиз] и указать эскиз для редактирования либо дважды указать его мышью. 15 Получение твердого тела Твердое тело может быть построено переносом либо вра- щением задающего контура. Задающим контуром может быть как эскиз, так и отдельная кривая или цепочка кривых или грань тела. Существуют три типа так называемых протягиваемых тел: тело вытягивания (Extruded Body), тело вращения (Revolved Body) и создание вдоль заданной направляющей (Sweep along Guide). Команды построения таких тел находятся в меню Insert  Design Feature [Вставить  Элементы проектирования]. Для каждого выбранного контура строится одно типовое те- ло. В зависимости от опции, установленной в настройке Prefe- rence  Modeling [Настройки  Моделирование], строится либо объемное тело Solid Body, либо листовое тело Sheet Body. Ассоциативность между создаваемым телом и геометрией, использованной при его создании, состоит в том, что: – тело ассоциативно связано с задающей кривой, любое из- менение задающей кривой автоматически изменяет и тело; – если направление переноса задано ссылкой на ребро тела или координатную ось, изменение последних приведет к из- менению направления заметания; – если в качестве ограничений перемещения выбраны грани тела или координатные плоскости, изменение приведет к из- менению границ построения заметаемого тела. Extrude [Вытягивание] Функция Extrude [Вытягивание] дает возможность построить тело как результат плоскопараллельного переноса задающего контура в произвольном направлении на ненуле- вую дистанцию. Для контура можно выбирать: – грань тела – будут выбраны все его ребра; – листовое тело – будут выбраны все его ребра; 16 – ребра твердого тела; – отдельные кривые или цепочку кривых; – эскиз. Можно использовать разомкнутую или замкнутую кривую. При использовании открытой цепочки результатом построе- ния будет Листовое тело [Sheet Body]. При использовании за- мкнутой цепочки результатом построения будет Твердое тело [Solid Body]. При использовании в качестве задающей кривой эскиза по- следующие его модификации автоматически отражаются на те- ле, построенном на его основе. Если эскиз имеет несколько од- нозначных контуров, то система строит тело для каждого из них. Когда в качестве контура используются пересекающиеся кривые или кривые и ребра, опция Stop at Intersection [Оста- новка по пересечению] в палитре выбора позволяет задать замкнутую область в виде контура для переноса. При вызове команды Extrude [Вытягивание] открывается соответствующее диалоговое окно, в котором задаются необ- ходимые параметры. Так, в поле Direction [Направление] задается необходимое направление вытягивания. По умолчанию вектор вытягивания перпендикулярен плоскости задающей кривой. Если выбран неплоский задающий контур, то система не может выбрать направление по умолчанию. Если выбранный контур замкну- тый, вектор изображен в центре сечения. Если выбранный кон- тур открытый, то вектор изображен в начальной точке первой кривой контура. Если геометрический объект выбирается в ка- честве ссылки для направления переноса, то его изменение приведет к изменению построенного тела переноса. В поле Limits [Ограничения] задаются значения дистанций, измеряемые от плоскости задающей кривой в направлении пе- реноса. Начальное и конечное расстояние переноса определяет длину тела. Система создает тело плоскопараллельным перено- сом задающего контура от начального до конечного расстояния. 17 Расстояния измеряются от плоскости базовой кривой в на- правлении переноса. Значение расстояния 0 означает, что на- чало тела совпадает с плоскостью задающей кривой. Напри- мер, значение Start = 0 End = 1 означает, что тело вытягива- ния строится от плоскости задающей кривой и имеет конечное значение расстояния 1. Для обоих расстояний система создает математические выражения. В качестве границ создаваемого тела переноса также могут выступать другие объекты. Для их задания в соответствую- щем окне поля Limits (Start или End) надо выбрать один из элементов списка: – Значение [Value] – тело строится по указанному расстоя- нию; Следующий [Next] – тело строится до ближайшего огра- ничивающего элемента (грани); Выбрано [Selected] – тело строится до указанного мышью ограничивающего элемента (грани); Расширено [Extended] – тело строится до указанного мы- шью ограничивающего элемента (грани). Если этот элемент недостаточен по размеру, он «расширяется»; Через все [Through All] – тело вытягивания вычитается из нескольких тел, имеющихся в модели. Этот метод исключает необходимость многократного построения тела вытягивания для выполнения операции над несколькими телами. В поле Offset [Смещение] задаются значения смещений от задаваемой кривой, позволяющие создать тело определенной толщины (рис. 1.2). Для этого контур должен быть компланар- ным. При задании параметров система показывает пунктирной стрелкой положительное направление построения смещения. В поле Taper [Угол наклона] задается отклонение боко- вых граней. Положительный угол наклона вызывает отклоне- ние грани, направленное внутрь тела построения. Отрицатель- ный угол наклона вызывает отклонение грани, направленное во внешнюю сторону от тела построения. Наклоняться могут 18 только плоские, цилиндрические и конические грани, имею- щие ось вращения, совпадающую с направлением, от которого измеряется наклон Taper. Если в качестве геометрии выбрана окружность, которая создает отверстие в теле, то отверстие будет иметь наклон в направлении, противоположном по срав- нению с внешними гранями тела. Рис. 1.2. Пример задания опций Offset [Смещение] В поле Boolean [Булевые] указывается требуемая булевая операция: Create [Создать], Unite [Объединение], Subtract [Вычитание] или Intersect [Пересечение]. Revolve [Вращение] Команда Revolve [Вращение] строит тело путем вра-щения задающей кривой вокруг заданной оси. Можно построить как полное тело вращение, так и выполнить поворот на задан- ный угол. При вызове команды Insert  Design Feature  Revolve [Вставить  Элементы проектирования  Вращение] от- крывается соответствующее диалоговое окно и система пере- ходит в режим интуитивного построения – при выборе объек- тов на экране система изображает возможное тело – результат Исходный контур Вектор смещения Вектор вытягивания Тело-результат 19 построения, при этом она принимает во внимание все указан- ные геометрические элементы. Эта команда строит тело вращением задающей кривой во- круг заданной оси, то есть в отличие от команды Extrude [Вытягивание] здесь задается не вектор вытягивания, а ось вращения Axis. Можно построить как полное тело вращения, так и выполнить поворот на заданный угол. Поля Limits, Offset и Boolean аналогичны таковым в ко- манде построения тела вытягивания Extrude. Тело вращения занимает пространство между начальным и конечным углами поворота, оно не может превышать 360, углы измеряются от плоскости задающего контура. Смещения от задаваемой кривой позволяют создать тело определенной толщины. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2 CОЗДАНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА НА ОСНОВЕ ПРИМИТИВОВ Другой метод создания твердого тела – это создание при- митивных элементов формы и их объединение, вычитание или пересечение и последующее добавление деталей. Используя метод типовых элементов и операций, можно легко создать сложное твердое тело, имеющее отверстия, карманы, пазы и другие типовые элементы. После создания геометрии есть возможность прямого редактирования любого из использо- ванных элементов. Например, можно изменить диаметр и глу- бину ранее заданного отверстия. Примитивы Примитивы – это простые аналитические формы твердого тела: блок (Block), цилиндр (Cylinder), конус (Cone), сфера (Sphere). 20 После задания параметров построения примитива система запрашивает о булевой операции, которую надо выполнить с новым телом по отношению к существующему телу. К буле- вым операциям относятся операции объединения Unite, вычи- тания Subtract и пересечения Intersect. Для создания тела без применения булевой операции используется команда Create [Создать]. При выполнении булевых операций надо помнить: – что если тело добавляется к существующему телу, оба те- ла должны иметь по крайней мере поверхности контакта; – если тело вычитается (пересекается) из существующего тела, оба тела должны иметь общий объем; – если новое тело не имеет контактов с другими телами, то единственно возможной операцией является операция созда- ния нового тела. Ориентация примитива связана с ориентацией рабочей си- стемы координат, а положение задается привязкой с помощью функций Point Subfunction [Конструктор точек]. Все команды построения примитивов находятся в меню Insert  Design Feature [Вставить  Элементы проекти- рования]. Block [Блок] Блок-параллелепипед задается одним из трех спосо- бов, описанных ниже, а ориентация в пространстве определя- ется ориентацией рабочей системы координат WCS – ребра параллельны осям WCS. Для построения блока необходимо: – выбрать один из способов построения (табл. 2.1); – задать необходимые параметры; – при необходимости задать булевую операцию Boolean Operation; – задать одну либо две точки (в зависимости от выбранного способа построения) и задать тело для выбранной булевой операции. 21 Таблица 2.1 Способы построения блока Иконка Наименование Описание Origin, Edge Lengths Начало, длина ребер – задание раз- меров вдоль осей WCS и точки при- вязки Two Points, Height Две точки на диагонали основания, высота (по оси Z + WCS). Первая точ- ка задает плоскость, параллельную плоскости XY, в которой лежит осно- вание параллелепипеда. Если вторая заданная точка не лежит в этой плос- кости, то она проецируется на нее Two Diagonal Points Две диагональные точки. Система оп- ределяет длины сторон по разложе- нию вектора от первой точки ко вто- рой по координатным осям рабочей системы координат WCS Cylinder [Цилиндр] Цилиндр создается после задания его размеров, ори- ентации и положения двумя способами (табл. 2.2). Таблица 2.2 Способы построения цилиндра Способ Описание Axis, Diameter, Height [Ось, Диаметр, Высота] Этот способ позволяет построить цилиндр, задав его ось (вектор и точку вставки), диа- метр и высоту Height, Arc [Высота и дуга] Эта опция позволяет создать цилиндр, за- дав высоту и указав окружность, лежащую в его основании. Построенный цилиндр не ассоциирован с окружностью, лежащей в его основании 22 Cone [Конус] Конус создается после задания его размеров, ориента- ции и положения различными способами (рис. 2.1). Рис. 2.1. Способы построения конуса Направление конуса (то есть центральная ось) определяется с помощью функции задания вектора Vector Subfunction. При- вязка основания конуса задается функцией задания точки Point Subfunction. При построении конуса По двум дугам [Two Coaxial Arcs] (рис. 2.2) необходимо указать две окружности, лежащие в па- раллельных плоскостях. Указанные дуги окружностей не обя- зательно будут полными. Основание конуса совпадает с первой выбранной окружностью. Высота конуса – расстояние между плоскостями. Диаметр вершины равен диаметру второй вы- бранной окружности. Если окружности не имеют общей оси, то вторая из них перемещается до совмещения осей. Построенный конус не ассоциирован с выбранными окружностями. 23 Рис. 2.2. Параметры построения конуса Sphere [Сфера] При построении сферы можно выбрать между задани- ем диаметра и центра или образующей окружности (без ассо- циативной связи), рис. 2.3. Рис. 2.3. Способы построения сферы Top Diameter Диаметр вершины Base Diameter Диаметр основания Half Angle Угол Height Высота Точка привязки 24 Типовые элементы формы, команды построения которых расположены в меню Insert  Design Feature [Вставить  Элементы проектирования], используются для добавления деталей к существующему телу. Эти детали обычно имеют вполне определенную форму (отверстия Hole, пазы Slot, про- точки Groove, карманы Pocket, бобышки Boss и выступы Pad). Все построенные элементы полностью ассоциативны с телом, на котором они построены. Типовые элементы формы Для того чтобы построить любой базовый элемент формы, необходимо: – выбрать грань тела, с которой элемент будет ассоциирован; – если это сквозной элемент (отверстие или паз), указать грань тела, на которой элемент «выскочит» наружу (необхо- димо установить статус Насквозь [Thru]); – указать, если необходимо, горизонтальное направление, ассоциированное с элементом; – ввести параметры, определяющие размер элемента; – задать размеры, определяющие точное положение эле- мента на грани. Для построения типового элемента формы на неплоской грани нужно воспользоваться вспомогательной плоскостью. При построении некоторых типовых элементов на сущест- вующем теле (например, паза, выступа, бобышки и т. д.) не- обходимо указать ориентацию и привязку к основному телу с помощью меню позиционирования, появляющегося сразу после создания элемента, где расположены иконки соответ- ствующих типов размеров (табл. 2.3). Положение типового элемента задается относительно гео- метрии твердого тела, существующих кривых, координатной плоскости и координатных осей при помощи этих размерных ограничений – позиционных размеров. Размеры ассоциирова- ны с геометрией твердого тела. Если на теле переместить или 25 удалить геометрические объекты, к которым привязан размер, то размеры также перенесутся или удалятся. Таблица 2.3 Виды позиционных размеров Наименование в английской версии Наименование в русской версии Иконка Horizontal Горизонтальный размер Vertical Вертикальный размер Parallel Параллельный (расстояние) Perpendicular Перпендикулярный (расстояние до прямой) Parallel at a Distance Параллельно на дистанции Angular Угловой размер Point onto Point Точка к точке Point onto Line Точка на прямой Line onto Line Прямая на прямой Для того чтобы построить позиционный размер, необходимо: – выбрать тип позиционного размера; – указать геометрию, связанную с размером, – сначала на базовом исходном объекте (кривой, плоскостью и т. д.) Target Body, затем на позиционируемом Tool Body (при позициони- ровании бобышки и отверстия система автоматически привя- зывает позиционный размер к центру окружности), для неко- торых типов размеров можно выбрать цилиндрическую или коническую грань, выполнив команду Identify Solid Face [Иден- тифицировать грань тела]; 26 – ввести значение размера; – выбрать команду ОK для окончательного размещения эле- мента на грани. Если выбрать горизонтальный и вертикальный размер, то си- стема запросит геометрию, которая определит горизонтальное (вертикальное) направление на плоской грани. Для задания направления можно выбрать ребро, ссылочную ось, плоскую грань тела и ссылочную плоскость. Если выбрана плоскость, то горизонтальное (вертикальное) направление есть прямая пересе- чения выбранной плоскости и плоскости позиционирования элемента. Если система определит, что никакая геометрия не может быть выбрана как горизонтальная (вертикальная) ссылка, то она примет направление по умолчанию. Если удаляется эле- мент, геометрия которого использовалась для задания горизон- тальной ссылки, горизонтальная ссылка пропадет. Для полной привязки элемента необходимо, как правило, несколько ограничений. Полезно задавать такие размеры, ко- торые следует контролировать в первую очередь либо значе- ние которых должно сохраняться при редактировании базово- го размера. Когда размер привязывается к ребру, система устанавлива- ет связь между ребром и размером. Если позже построить скруг- ление на этом ребре, система сохранит привязку размера к ис- ходному ребру. Если создать скругление, затем удалить его и ребро, на котором находится подавленное скругление, ис- пользовать для задания позиционного размера, то при восста- новлении скругления система выдаст предупреждение, что ребро, на котором задан позиционный размер, исчезает. Для сохранения размера необходимо отказаться от восстановления скругления, изменить порядок построения, воспользовавшись командой Edit  Feature  Reorder [Изменить  Элемен- ты  Изменить порядок построения] так, чтобы позицион- ный размер предшествовал построению скругления, и только после этого восстановить скругление. 27 Паз, проточка, прямоугольный выступ и прямоугольный кар- ман могут быть позиционированы по их осевой линии либо реб- рам. Осевая линия таких элементов появляется только при вы- полнении функции задания позиционных размеров или их изме- нении. Для проточки осевая линия изображается в виде окруж- ности, расположенной посередине между боковым гранями проточки. Диаметр осевой линии равен диаметру проточки. Все остальные элементы имеют две прямые осевые линии: горизон- тальную и вертикальную. Для задания размера относительно осевой линии сначала надо указать ребро на теле и затем осевую линию. Вместо ребра можно указать существующую кривую. Hole [Отверстие] Команда Hole [Отверстие] удаляет материал из тела в форме нескольких стандартных отверстий: простое отверс- тие (Simple), отверстие с цековкой (Counterbore) и отверстие с зенковкой (Countersink). Для построения надо выбрать тип отверстия, указать Грань размещения [Placement Face], если надо построить сквозное отверстие, указать грань выхода отверстия Thru Face [Сквоз- ная грань] и задать параметры (рис. 2.4). После нажатия на кнопку ОK или Apply [Принять] систе- ма выводит меню позиционирования, позволяющее задать точ- ное положение отверстия на грани. Если не задавать позици- онных размеров, отверстие будет расположено в точке указа- ния грани размещения. Boss [Бобышка] Команда Boss [Бобышка] дает возможность создать на грани выступ цилиндрической или конической формы. Задаваемые параметры приведены на рис. 2.5. 28 а Diameter Диаметр Tip Angle Угол конуса сверла Depth Глубина б Hole Diameter Диаметр отверстия Tip Angle Угол конуса сверла Hole Depth Глубина отверстия C-Bore Diameter Диаметр цековки C-Bore Depth Глубина цековки в Hole Diameter Диаметр отверстия Tip Angle Угол конуса сверла Hole Depth Глубина отверстия C-Sink Diameter Диаметр зенковки C-Sink Angle Угол зенковки Рис. 2.4. Параметры построения отверстия: а – простое отверстие; б – отверстие с цековкой; в – отверстие с зенковкой Diameter ДиаметрTaper Angle Угол уклона Height Высота Рис. 2.5. Параметры построения бобышки 29 Pocket [Карман] Команда Pocket [Карман] используется для создания карманов (выемок) на теле (рис. 2.6). Рис. 2.6. Типы карманов После выбора типа кармана надо указать грань размещения и задать его параметры (рис. 2.7, 2.8). Рис. 2.7. Параметры цилиндрического кармана Радиус скругления дна должен быть меньше, чем глубина, и меньше, чем половина диаметра кармана. Радиус боковых ребер должен быть больше или равен радиусу дна. Pocket Diameter Диаметр Taper Angle Угол наклона Floor Radius Радиус дна D ep th Гл уб ин а 30 Corner radius Угловой радиус Floor radius Радиус на дне Z LengthДлина Z X LengthДлина X Y Le ngth Длина Y Horisontal Reference Горизонтальная ссылка Рис. 2.8. Параметры прямоугольного кармана Тип кармана General [Общий] используется, когда невоз- можно применить более простые цилиндрический и прямо- угольный карманы, при этом: – гранью, на которой размещается карман, может быть лю- бая грань тела, а не обязательно плоскость; – дно кармана, в свою очередь, также может быть опреде- лено произвольной поверхностью; – контур кармана на грани размещения и на дне определя- ется двумя независимыми произвольными цепочками замкну- тых кривых. Основной обобщенный карман надо строить в следующем порядке: – указать поверхность (грань) Размещения кармана [Place- ment Face]; ею может быть одна или несколько граней твер- дого тела; – задать Контур основания [Placement Outline] – цепочка кривых, которая определяет форму кармана на верхней грани размещения. Если контур не лежит на грани, то его надо спро- ецировать на нее по нормали или вдоль фиксированного век- тора с помощью команды Placement Outline Projection Vector [Вектор проецирования для контура размещения]. После выбора первой кривой система подсвечивает ее и задает на- 31 правление контура. Можно изменить направление на обратное Reverse [Реверс]. Направление контура имеет значение, если выбрано определение наклона по закону или отдельно задает- ся контур на поверхности и на дне кармана. Эти контуры должны иметь одинаковое направление; – при необходимости задать поверхность, определяющую дно кармана Floor Face [Нижняя грань]; если поверхность дна не выбрана, то она может определяться как эквидистанта от поверхности размещения (надо задать значение Смещения [Offset]) либо плоскопараллельным переносом (надо задать значение Перемещения [Translation]) плоскости размеще- ния. Если дно кармана задается плоскопараллельным перено- сом, то надо задать Вектор переноса для грани дна [Floor Face Translation Vector]; – при необходимости задать Контур дна кармана [Floor Outline]; если контур не лежит на поверхности дна, то его надо спроецировать на поверхность по нормали или вдоль фиксиро- ванного вектора с помощью команды Floor Outline Projection Vector [Вектор проецирования для контура дна]. После вы- бора первой кривой система подсвечивает ее и задает направ- ление контура, которое можно изменить на обратное Reverse [Реверс]. Оба контура должны иметь одинаковое направление; – если задаются оба контура и выбран Метод выравнива- ния по точкам [Outline Alignment Points], то надо задать Точ- ки выравнивания на контуре основания [Placement Align- ment Points] и На контуре дна [Floor Alignment Points]; – при необходимости – задать радиусы скругления между стенками кармана и гранью размещения Placement Radius [Радиус основания], между стенками кармана и его дном Floor Radius [Радиус дна], в углах контура Corner Radius [Радиус угла], а также Угол наклона кармана [Taper Angle] и законы их изменения; – при необходимости построения кармана на другом теле, отличном от грани размещения, выбрать Target Body [Тело построения]; 32 – при необходимости – отключить опцию Attach Pocket [Присоединить карман]. В этом случае система не присо- единит карман к телу; – нажать кнопку Apply [Принять]. Pad [Выступ] Команда Pad [Выступ] создает на грани выступ (рис. 2.9, 2.10). Рис. 2.9. Типы выступов Corner radius Угловой радиус Widt h Ширин а Horisontal Reference Горизонтальная ссылка LengthДлина H ei gh t Вы сот а  Рис. 2.10. Параметры прямоугольного выступа Тип выступа General [Общий] используется в тех же слу- чаях, что и карман аналогичного типа, когда невозможно 33 применить более простые цилиндрический и прямоугольный карманы. Порядок построения общего выступа такой же, как и общего кармана, с той разницей, что в отличие от кармана в этом случае материал добавляется к телу. Slot [Паз] Паз удаляет материал из тела в форме продольных вы- резов с закругленными концами либо проходящими насквозь от грани до грани. Варианты создаваемых пазов отличаются формой попереч- ного сечения (рис. 2.11). Рис. 2.11. Типы пазов Если выбрана опция Thru [Сквозной паз], то система за- просит указать две грани, на которых паз выходит наружу. Для задания паза необходимо указать плоскую Грань раз- мещения [Placement Face], задать Горизонтальную ссылку [Horisontal Reference], вдоль которой будет располагаться паз, параметры паза – Длину [Length] – и параметры попе- речного сечения (рис. 2.12). 34 Прямоугольный Полусферический U-образный Width Ширина Depth Глубина Ball Diameter Диаметр=Ширина Width Ширина Corner Radius Радиус скругления Т-образный Ласточкин хвост Width ШиринаTop WidthШирина сверху Top Depth Глубина сверху Bottom Depth Глубина снизу Bottom Width Ширина снизу Angle Угол Depth Глубина Рис. 2.12. Параметры пазов Groove [Проточка] Команда Groove [Проточка] создает проточку на ци- линдрической грани тела. Типы проточек различаются фор- мой поперечного сечения (рис. 2.13, 2.14). Рис. 2.13. Типы проточек 35 а Diameter Диаметр Width Ширина б Groove Diameter Диаметр проточки Ball Diameter Диаметр=Ширина в Corner Radius Радиус скругления DiameterДиаметр Width Ширина Рис. 2.14. Параметры проточки: а – Rectangular [Прямоугольная проточка]; б – Ball-End [Полусферическая проточка]; в – U-Groove [U-образная проточка] Проточка может быть построена только на цилиндрических и конических гранях. Система использует ось выбранной гра- 36 ни как ось вращения для построения проточки. Проточка ав- томатически ассоциируется с выбранной гранью. Можно по- строить как внешнюю, так и внутреннюю проточку. Профиль проточки будет симметричен относительно плос- кости, перпендикулярной оси вращения и проходящей через точку, в которой была указана грань. Во время размещения проточки единственный размер, ко- торый можно задать, – положение элемента вдоль оси враще- ния. Поэтому после задания размеров проточки меню позици- онирования не выводится. Вместо этого система сразу просит указать ребро на базовом теле, относительно которого задает- ся размер до проточки. Для построения проточки необходимо: – выбрать тип сечения проточки; – указать цилиндрическую или коническую грань; – ввести параметры сечения проточки. Новое тело изобра- жается в форме диска, который будет вычитаться из основно- го тела; – для задания положения проточки на цилиндрической гра- ни указать ребро на базовом теле; – указать ребро на проточке или осевую линию; – ввести нужное значение позиционного размера. Thread [Резьба] Команда Thread [Резьба] создает символическую или точную резьбу на внешней или внутренней цилиндрической поверхности (рис. 2.15). Символическая резьба [Symbolic] изображается в виде пунктирной окружности вокруг цилиндрической грани, на ко- торой она должна быть на реальной детали. Точная резьба [Detailed] полностью создает твердотель- ную геометрическую модель резьбы. Она полностью ассоциа- тивна с геометрией твердого тела. 37 Pitch Шаг резьбы Angle Угол Length Длина M in or D ia m et er Вн утр енн ий ди ам етр M aj or D ia m et er На руж ны й д иам етр Рис. 2.15. Параметры резьбы Точная резьба выглядит более реалистично, чем символи- ческая. Однако ее расчет требует больше времени, так как приводит к созданию очень сложной геометрической модели. Преимущество символической резьбы заключается в быстроте расчета и отображения и настройке на стандартную таблицу параметров, поэтому рекомендуется использовать символи- ческую резьбу, за исключением тех случаев, когда нужна точ- ная геометрия. Для того чтобы построить резьбу, необходимо: – выбрать тип резьбы – Символическая [Symbolic] или Точная [Detailed]; – при построении символической резьбы выбрать метод из- готовления резьбы [Method] и форму [Form]. Этот параметр будет определять, какую таблицу будет использовать система для определения параметров резьбы по умолчанию; – выбрать цилиндрическую грань; 38 – при построении символической резьбы задать Количе- ство заходов резьбы [Number of Starts]; выбрать опцию Ta- pered [Наклонная], если необходима коническая резьба; вы- брать опцию Full Thread [Полная резьба], если резьба идет по всей длине цилиндрической грани. Если выбранный элемент является членом массива элементов, то надо указать, строить ли резьбу для остальных элементов массива Include Instance [Включить массивы]; – определить направление резьбы Right Hand [Правосто- ронняя резьба] или Left Hand [Левосторонняя резьба]; – при необходимости можно переопределить плоскую грань начала резьбы, выполнив команду Select Start [Вы- брать начало]; – выбрать команду OK или Apply [Принять] для построе- ния резьбы. Типовые операции построения Операции построения используются для изменения формы уже построенного тела и его элементов. Команды операций построения находятся в подменю Insert  Detail Feature [Вставить  Конструктивный элемент]. Edge Blend [Скругление ребра] Команда Edge Blend [Скругление ребра] позволяет скруглять ребра листовых и твердых тел постоянным и пере- менным радиусом. Ограничения и рекомендации: – нельзя скруглить ребро между двумя плавно сопряжен- ными гранями; – ребро, ограниченное в точке касания, может быть скруг- лено; 39 – два противоположных ребра четырехгранного угла могут быть скруглены, если выполнять операцию скругления по оче- реди: сначала для одного ребра, а затем для другого; – не может быть скруглено ребро, содержащее вырожден- ные точки поверхности, например, вершина тела, похожего на конус; – радиус скругления должен соответствовать геометрии грани. Например, должно быть возможным построение по- верхности, эквидистантной скругляемой грани, с величиной эквидистанты, равной радиусу скругления; – само скругляемое ребро не может иметь кривизну боль- ше, чем радиус скругления; – эквидистантные поверхности, построенные для обеих скруг- ляемых граней, должны пересекаться друг с другом; – эквидистантные поверхности не должны самопересекаться; – если грани тела имеют кривизну больше радиуса скруг- ления, то такое построение невозможно; – желательно применить скругление одновременно ко всем скругляемым ребрам. При вызове команды Insert  Detail Feature  Edge Blend [Вставить  Конструктивный элемент  Скругление реб- ра] открывается соответствующее диалоговое окно и система переходит в режим интуитивного построения: при выборе объектов на экране система изображает возможное тело – ре- зультат построения, система принимает во внимание все ука- занные геометрические элементы. В простейшем случае достаточно задать Radius 1 [Радиус 1] в поле Edge to Blend [Ребро для скругления]. При необхо- димости можно задать переменный радиус скругления в поле Variable Radius Point [Точки переменного радиуса], для че- го надо указать точки переменного радиуса и собственно зна- чение радиуса в этих точках V Radius. При скруглении трех ребер, сходящихся в одной точке, можно задать такое скругление, при котором на гранях не об- 40 разуется углов (рис. 2.16). Для этого в поле Corner Setback [Задержка в угле] надо указать угол схождения ребер и за- дать Расстояния отката [Setback Distance D0, D1, D2]. D2 D0 D1 Рис. 2.16. Параметры скругления при схождении в одной точке При необходимости можно задать скругление не всего реб- ра, а только его части в поле Stop Short of Corner [Досрочная остановка в угле]: указываются точка, до которой не должно доходить скругление, и расстояние до нее в процентах. Если заданных параметров достаточно для построения скруг- ления, можно нажать кнопку ОK. Опции перекрытия [Overflow Resolutions] используются тогда, когда скругление вступает в контакт с элементами гео- метрии тела, не являющимися гранями, которые образуют скругляемое ребро. По умолчанию система автоматически определяет необхо- димый тип скругления. Однако если система применяет не тот тип, который нужен в данной ситуации, можно принудитель- но отключить ненужные опции. Например, на рис. 2.17 приве- дены варианты разрешения перекрытий при сопряжении куба с цилиндром. 41 а б в Рис. 2.17. Опции перекрытия: а – включено Прокатывание по гладким ребрам [Roll over Smooth Edges]; б – включена Обкатка по ребрам; в – включено Сохранить скругление и переместить острые ребра [Maintain Blend And Move Sharp Edges Edges] 42 Face Blend [Скругление граней] Команда Face Blend [Скругление граней] использу- ется для построения поверхности скругления между двумя на- борами граней с опцией обрезки и присоединения скруглен- ных граней. Скругление может быть создано между двумя наборами по- верхностей на объемном или листовом теле; скругляемые по- верхности не обязательно имеют общее ребро, они могут при- надлежать как одному, так и разным телам. Скругляемые по- верхности могут быть автоматически обрезаны и объединены со скруглением в одно общее тело. Скругление может иметь постоянный или переменный радиус. Радиус скругления может определяться по заданной кривой касания скругления и скруг- ляемой поверхности. Можно явно указывать ребро, по которо- му должен скользить шар в момент построения скругления. Скругление граней может быть двух типов: 1. Прокатывание шара [Rolling Bell] – создается поверх- ность, как это получилось бы при прокатывании шара, кото- рый имеет постоянный контакт с каждым из наборов граней. 2. Сечение создания [Swept Section] – поверхность скруг- ления выполняется перемещением сечения вдоль опорной кри- вой. Плоскость сечения скругления всегда перпендикулярна опорной кривой. Этот тип скругления используется, когда форма скругляемых граней не позволяет выполнить скругле- ние шаром (рис. 2.18). Для построения скругления необходимо: – выбрать тип скругления Type в диалоговом окне: Roll- ing Ball [Прокатывание шара] или Swept Section [Сечение создания]; – указать поверхности для первого набора граней [Select Face Chain 1]. Система изображает вектор нормали. Он должен быть направлен внутрь предполагаемого скругления. В про- 43 тивном случае надо выполнить команду изменения направле- ния нормали Reverse Direction [Сменить направление]; – указать поверхности для второго набора Select Face Chain 2. Выполнить, если необходимо, команду изменения на- правления нормали Reverse Direction [Сменить направление]; – задать параметры в поле Blend Cross Section [Сечение скругления]: форму Shape – в простейшем случае Circular [Окружность], Метод задания радиуса [Radius Method] – постоянный [Constant], Управляемый по закону [Law Con- trolled], Ограничение касательности [Tangency Constraint], собственно значение радиуса; при использовании сечения об- разования здесь же задается Опорная кривая [Spine Curve]; – при необходимости задать Ограничения и геометриче- ские ограничения в одноименном поле [Constraining and Limi- ting Geometry]: задать Совпадающее ребро [Coincident Edge] так, что скругление будет проходить по указанным ребрам с одной стороны и касательное грани – с другой (рис. 2.19); задать Касательную кривую [Tangent Curve] так, что скруг- ление на соответствующем наборе граней будет проходить по указанной кривой (рис. 2.20); – нажать кнопку OK или APPLY [Принять]. Рис. 2.18. Построение скругления типа Swept Section [Сечение создания] 44 Рис. 2.19. Использование Совпадающего ребра [Coincident Edge] Рис. 2.20. Использование Касательной кривой [Tangent Curve] Chamfer [Фаска] Команда Chamfer [Фаска] создает фаску на ребре твердого тела (табл. 2.4). Фаска похожа на функцию скругления. Она может либо добавлять, либо удалять материал из тела. Совпадающее ребро Касательная кривая 45 Таблица 2.4 Способы построения фаски Способ Наименование Описание Symmetric Симметричный Простая симметричная фаска, имеющая одинаковое смеще- ние для обеих граней Asymmetric Несимметричный Несимметричная фаска, имею- щая разное значение смещения для каждой из граней Offset and Angle Смещение и угол Фаска задается значением сме- щения и угла. Угол измеряется от второй грани В простом случае построения фаски Symmetric [Симмет- ричный] расстояние измеряется от ребра грани. Если строит- ся несимметричная фаска Asymmetric, то можно изменить фаску на обратную, выполнив команду Reverse Direction [Сменить направление]. Draft [Уклон] Команда Draft [Уклон] позволяет придать наклон од- ной или нескольким граням тела. Угол наклона измеряется относительно заданного вектора. Для построения наклона надо выполнить следующие шаги: – задать Тип построения наклонов Type; – выбрать грани для наклонов или задать ребра, от которых строится наклон, в зависимости от типа построения наклонов; – определить Направление уклонов [Draw Direction]. По умолчанию используется направление Z+; – задать положение нейтральной плоскости Stationary Plane [Стационарная плоскость] – плоскости, которая остается неизменной при построении наклонов граней. Она не задается при построении наклона от заданных ребер; 46 – задать значение угла наклона для граней Angle [Угол]. Если строится наклон от заданных ребер, то можно задать пе- ременное значение наклонов вдоль выбранных ребер; – если задается наклон для элемента массива, то можно за- дать наклон и для всего массива, включив опцию Draft All Instances [Наклонить все элементы массива]; – нажать кнопку OK или Apply [Принять]. Примеры построения уклонов приведены на рис. 2.21–2.24. Рис. 2.21. Тип уклона – From Plane [От плоскости] Рис. 2.22. Тип уклона – From Edges [От ребер] Исходное тело Вектор направления Точка привязки cтационарной плоскости плоскость 47 Рис. 2.23. Тип уклона – Tangent to Faces [Касательно к граням] Рис. 2.24. Тип уклона – To Parting Edges [По ребрам разъема] Линия разделения Точка привязки и век- тор направления 48 Draft Body [Уклон тела] Команда Draft Body [Уклон тела] используется для задания наклона боковых граней детали на обеих сторонах от поверхности разделения. Эту команду можно использовать при необходимости со- гласования наклоненных граней на Поверхности разделения [Parting Object]. Требование Согласования ребер [Match Faces at Parting Object] приводит к тому, что некоторые гра- ни будут иметь угол наклона, отличный от заданного угла. За исключением согласования граней объекта разделения, команды Draft [Уклон] и Draft Body [Уклон тела] приводят к одинаковым результатам. Ниже приведены типовые примеры использования рассмат- риваемой операции, рис. 2.25. Построенный уклон с несогласованными (сле- ва) и согласованными (справа) гранями. Мате- риал добавляется к телу, но никогда не удаляется с грани. Наклон для необраба- тываемой области строит односторонний наклон и заполняет материалом области, которые не мо- гут быть выполнены. Рис. 2.25. Примеры использования команды Draft Body [Уклон тела]: а – обычный уклон тела; б – уклон для необработанных поверхностей 49 Shell [Оболочка] Команда Shell [Оболочка] удаляет из сплошного твер- дого тела внутренний объем и оставляет стенки заданной толщины. Доступ к команде осуществляется из меню Insert  Off- set/Scale [Вставить  Смещение/масштаб]. Существуют два типа операции оболочки: 1. Remove Faces, Then Shell [Удалить грани, затем Обо- лочка]. Для этого типа задаются удаляемые грани, для осталь- ных граней задается значение толщины стенок, которое может быть разным для разных граней тела. Для построения такого тела необходимо: – выбрать одну или несколько Удаляемых граней [Pierced Face to Pierce], через которые происходит выемка материала из объема детали; – задать значение толщины стенок [Thickness]; – при необходимости выбрать одну или несколько граней и задать для них Альтернативное значение толщины [Alter- nate Thickness]; – нажать кнопку OK или Apply [Принять]. 2. Для того чтобы построить тонкостенную оболочку для всего тела целиком (тип Shell All Faces [Оболочка для всех граней]), необходимо: – выбрать Тело для построения [Body to Shell]; – задать значение Толщины для всего тела [Thickness]; – при необходимости выбрать одну или несколько граней и задать для них Альтернативное значение толщины [Alter- nate Thickness]; – нажать кнопку OK или Apply [Принять]. 50 Рис. 2.26. Пример получения оболочки Ассоциативное копирование элементов В меню Insert  Associative Copy [Вставить  Ассоциа- тивная копия] находятся команды создания массивов – ассо- циативного копирования элементов построения. Использова- ние массивов позволяет: – быстро создать набор одинаковых элементов и добавить их к геометрии тела; – быстро изменять геометрию всего массива элементов, ре- дактируя один его элемент; – массив элементов можно редактировать командой Edit  Feature  Parameters [Изменить Элементы  Парамет- ры]. После выбора элемента массива надо выбрать, что редак- тировать; – Feature Dialogue [Диалог элемента] – редактирование геометрии элементов массива; изменение параметра приводит к изменению геометрии всех элементов массива; Удаляемая грань Pierced Face Грань индивидуальной толщины Offset Face 51 – Instance Array Dialogue [Диалог задания массива эле- ментов] – редактирование параметров «размножения» масси- ва. Для кругового массива можно изменить число элементов, угол между ними, радиус окружности кругового массива. Для прямоугольного массива можно изменить число элементов в каждом из направлений и расстояние между ними. Для перемещения массива можно использовать команду Edit  Feature  Move [Изменить  Элементы  Переме- стить]. Если выбранный для перемещения элемент – член мас- сива, то перемещается весь массив элементов. Для того чтобы удалить весь массив элементов? надо ис- пользовать команду Edit  Feature  Delete [Изменить  Элементы  Удалить]. При удалении всего массива базовый элемент, используемый для создания массива, не удаляется. Instance [Массив элементов] Команда Instance [Массив элементов] дает возмож- ность построить упорядоченный массив геометрических эле- ментов тела. Нельзя делать массивы элементов из скруглений, тонко- стенных тел, фасок и наклонов граней, эквидистант поверхно- стей, координатных поверхностей, обрезанных листовых тел, массивов типовых элементов, операций наклона граней. Если создаются скругление или фаска на элементе массива, то используются опции Blend All Instance [Скругление для всего массива] или Chamfer all instances [Построить фаску для всего массива] для управления заданием скругления и фас- ки на массиве. Для построения массива надо сначала выбрать тип массива. После выбора объектов для размножения надо ввести пара- метры массива, табл. 2.5. 52 Таблица 2.5 Типы массивов и задаваемые параметры Тип массива Описание Rectangular Array [Прямоугольный массив] Массив строится копированием элементов с за- данным шагом вдоль осей X и Y рабочей систе- мы координат WCS Circular Array [Круговой массив] Массив копий, размноженных по кругу. Зада- ется ось вращения, точка привязки оси, коли- чество копий и угловой шаг между копиями Pattern Face [Грань шаблона] Создается набор копий граней на теле. Такой способ работает проще и быстрее, чем осталь- ные методы создания массива, а главное, не тре- бует, чтобы массив состоял из определенных элементов построения, то есть можно исполь- зовать любые грани, в том числе созданные на основе поверхностей свободной формы Для создания массива граней Pattern Face необходимо: – выбрать тип массива: Rectangular [Прямоугольный], Circular [Круговой], Mirror [Отражение]; – выбрать одну или несколько граней, служащих образцом для копирования Seed Face [Центральная грань]; – при необходимости указать грань, задающую Границу [Boundary] для копируемых элементов; – для прямоугольного массива надо задать направление осей Х и Y, Количество [Number] элементов и Смещение [Offset] вдоль соответствующих осей; – для кругового массива надо задать центральную ось, Ко- личество [Number] элементов и Угол [Angle] между ними; – для зеркального массива надо задать Плоскую ссылку [Planar Reference] как плоскость симметрии; – нажать кнопку OK или Apply [Принять]. 53 Mirror Feature [Отражение элемента] Команда Mirror Feature [Отражение элемента] дает возможность построить симметричную модель зеркальным отражением выбранных элементов относительно координат- ной плоскости или плоской грани. Для задания зеркальной копии всего тела лучше использовать команду Mirror Body [Зеркальное тело]. Настоящая команда, в свою очередь, позволяет сделать симметричные копии не- скольких элементов построения в одном теле. Полученный эле- мент построения называется MIRROR_SET. Во время его ре- дактирования можно переопределить плоскость симметрии, до- бавить или убрать элементы для зеркального копирования. При работе команды выбранные элементы копируются от- носительно плоскости симметрии и образуют новое отдельное тело, состоящее из одного элемента, объединяющего все ско- пированные элементы FEATURE_SET. При необходимости построенное тело можно объединить с исходным. Mirror Body [Зеркальное тело] Команда Mirror Body [Зеркальное тело] использует-ся для построения зеркальной копии целого тела относительно координатной плоскости. Этой командой можно создать тело, являющееся зеркаль- ной копией существующего тела относительно координатной плоскости. Полученное в результате тело не имеет собствен- ных параметров, но полностью ассоциативно с базовым те- лом. Само тело называется Mirror, то есть элемент построе- ния, полученный командой зеркального отражения. Ассоциативная связь зеркальной копии и базового тела оп- ределяется следующими правилами: – если изменения параметров привели к изменению базово- го тела, эти изменения отразятся на его зеркальной копии; 54 – если изменить параметры координатной плоскости, ис- пользуемой для зеркального отражения, то это отразится на зеркальной копии; – если удалить оригинал, то удаляется и его зеркальная копия; – если перемещать оригинал, то перемещается и копия. Можно добавлять собственные элементы построения на ко- пию, объединять оригинал и копию, воспользовавшись коман- дой Unite [Объединение], и получить симметричное тело. Для того чтобы построить зеркальное отражение, необхо- димо выбрать тело и указать плоскость. Instance geometry [Массив геометрии] Команда Instance geometry [Массив геометрии] ис- пользуется для создания копий объектов. Можно копировать тела, грани, ребра, кривые, точки, координатные плоскости и координатные оси. Можно создать копии, расположенные зер- кально, в виде линейного и кругового массива, по нерегулярным шаблонам, а также вдоль сечения с непрерывной касательной. Это очень мощный инструмент для многократного копиро- вания геометрии или координатных элементов с сохранением ассоциативности между членами массива и исходным объек- том. Там, где шаблон ассоциативен, изменение базового эле- мента приведет к изменению положения массива. Массив геометрии может быть пяти типов: – From/To [Из/в] – построение массива копированием объ- ектов из точки или системы координат в другую точку или системы координат; – Mirror [Зеркало] – построение массива зеркальным ото- бражением относительно плоскости симметрии; – Translate [Перемещение] – построение массива копиро- ванием объектов в заданном направлении; – Rotate [Вращение] – построение массива копированием объектов вращением вокруг заданной точки, можно добавить смещения между копиями вращения; 55 – Along Path [Вдоль пути] – построение массива копиро- ванием объектов вдоль заданной траектории, можно добавить дополнительные угол смещения вращения для каждого эле- мента массива. На рис. 2.27 приведен пример массива, полученного рас- сматриваемой командой. Рис. 2.27. Массив геометрии (тип – вращение) Булевы операции Булевы операции позволяют комбинировать существующие объемные тела или листовые тела. Операции комбинирования находятся в меню Insert  Combine Bodies [Комбинированные тела]. Собственно, к булевым операциям относятся Объедине- ние [Unite], Вычитание [Subtract] и Пересечение [Intersect]. Unite [Объединение] Команда Unite [Объединение] выполняет объедине- ние двух тел. Можно объединять два объемных тела или два листовых тела. Нельзя объединять объемное и листовое тело. Subtract [Вычитание] Команда Subtract [Вычитание] дает возможность вычесть объемное тело из объемного тела и объемное тело из листового тела. 56 Intersect [Пересечение] Команда Intersect [Пересечение] дает возможность построить пересечение двух тел. Можно пересечь объемное тело с объемным телом, листовое тело с листовым телом, объ- емное тело с листовым телом, но не наоборот. Sew [Соединение] Команда Sew [Соединение] дает возможность соеди- нить два или более листовых тела в одно. Если соединяемые тела образуют полный объем, то полу- чается объемное твердое тело. Если – нет, то получается ли- стовое тело. Параметр точности, задаваемый командой Preference  Modelling, определяет максимально возможное расхождение между ребрами поверхностей при сшивании. Patch Body [Заплатка] Команда Patch Body [Заплатка] позволяет изменять листовое или объемное тело, заменяя часть его граней на гра- ни поверхности, которая называется заплаткой. Можно также использовать «заплатку» из листового тела на другом листо- вом теле. Заплатка полезна в тех случаях, когда: – небольшие зазоры между телами, используемыми в буле- вой операции, могут привести к невозможности выполнения ко- манд Обрезка тела [Trim Body] и Разделение тела [Split Body]; – необходимо применить к модели скругление, построен- ное вручную; – необходимо построить отверстие, которое имеет сложную форму, и т. п. 57 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ 1. Необходимо помнить об указании единиц измерения при создании нового файла. 2. Начиная моделирование, надо установить требуемую точ- ность построения. При моделировании твердых тел достаточно 0,01 мм, поверхностей и кривых сложной формы 0,001 мм. Большая точность ведет к замедлению работы системы. 3. Желательно избегать команд, которые приводят к потере параметризации. 4. Начинать создание модели следует с основной части. Моделировать детали простыми средствами, затем, добавляя типовые элементы и операции, получить требуемую форму. 5. Такие операции, как фаски, скругления и т. д., моделиро- вать в последнюю очередь, причем сначала моделируются фаски с большим радиусом, затем – с меньшим при их нало- жении друг на друга. 6. Для лучшего контроля за параметризацией модель жела- тельно строить добавлением типовых элементов формы, а не примитивов. 7. При моделировании твердых тел желательно избегать, если возможно, операций с кривыми и поверхностями, так как они затрудняют параметрическое редактирование модели. 8. При построении деталей из листового металла лучше пользоваться командами работы с листовым металлом. 9. При построении симметричной детали либо еe копии же- лательно пользоваться командами типа Instance [Массив], а не Transform [Преобразование]. 10. Объекты разного типа (линии, эскизы, твердые тела и т. д.) желательно располагать на разных слоях (то же отно- сится и к смысловому расположению объектов). 58 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .................................................................................... 3 Лабораторная работа № 1. СОЗДАНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА НА ОСНОВЕ ЭСКИЗА .......... 4 Создание эскиза ............................................................................. 4 Получение твердого тела ............................................................ 15 Лабораторная работа № 2. CОЗДАНИЕ ТВЕРДОГО ТЕЛА НА ОСНОВЕ ПРИМИТИВОВ ........................................................................... 19 Примитивы ................................................................................... 19 Типовые элементы формы .......................................................... 24 Типовые операции построения ................................................... 38 Ассоциативное копирование элементов .................................... 50 Булевы операции .......................................................................... 55 РЕКОМЕНДАЦИИ ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ........................ 57 59 Учебное издание ТВЕРДОТЕЛЬНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ Методические указания к лабораторным работам (практикум) для студентов специальности 1-37 01 02 «Автомобилестроение (по направлениям)» В 3 частях Ч а с т ь 1 Составители: ВИХРЕНКО Дмитрий Вячеславович ТРЕТЬЯК Дмитрий Владимирович ДЫКО Геннадий Александрович Редактор Т. Н. Микулик Компьютерная верстка Н. А. Школьниковой Подписано в печать 14.03.2014. Формат 6084 1/16. Бумага офсетная. Ризография. Усл. печ. л. 3,43. Уч.-изд. л. 2,68. Тираж 200. Заказ 1239. Издатель и полиграфическое исполнение: Белорусский национальный технический университет. Свидетельство о государственной регистрации издателя, изготовителя, распространителя печатных изданий № 1/173 от 12.02.2014. Пр. Независимости, 65. 220013, г. Минск.