Общие принципы твердотельного моделирования деталей и сборок с использованием систем автоматизированного проектирования

Авторы: Катаев Юрий Владимирович

.

Рубрика: Технические науки

Страницы: 39-43

Объём: 0,24

Опубликовано в: «Наука без границ» № 2 (19), февраль 2018

Скачать электронную версию журнала

Библиографическое описание: Катаев Ю. В. Общие принципы твердотельного моделирования деталей и сборок с использованием систем автоматизированного проектирования // Наука без границ. 2018. № 2 (19). С. 39-43.

Аннотация: В статье рассмотрены принципы твердотельного моделирования деталей с использованием современных систем автоматизированного проектирования (САПР). Использование САПР при проектировании деталей и машин существенно повышает эффективность процесса проектирования за счет сокращения трудоемкости и себестоимости производства.

Современная система автоматизированного проектирования (САПР) подразумевает под собой сложную программную и человеко-машинную систему, которая построена по иерархическому принципу, то есть, так что каждый следующий уровень или выполняемая команда по иерархии непосредственно связана с предыдущей выполненной командой по определенному уровню проектирования – структурный, функциональный и т. д.

Анализируя процесс автоматизации проектирования, можно сделать вывод, что это определенного рода дисциплина, составными модулями которой служат многие современные информационные технологии, применяемые при проектировании (CALS-технологии и другие). Также следует отметить и другую не менее важную составляющую этого процесса – виды обеспечения проектирования, и особенно техническое обеспечение, в основе которого лежит взаимодействие информационных и ИПИ-технологий, то есть в САПР используются и персональные компьютеры, и рабочие станции с пакетами прикладных программ [1].

Знание основ автоматизации проектирования, а также умение работать c пакетами прикладных программ САПР на сегодняшний день требуются практически любому инженеру и каждому конструктору. Без использования систем автоматизированного проектирования невозможно в настоящее время представить проектирование деталей и сборочных единиц и заполнение нормативно-технической документации для техники ни в одном из проектных или конструкторских бюро. Еще в конце 20 века чертежные доски, расчеты с использованием логарифмической линейки или заполнение нормативно-конструкторской документации по заготовленным шаблонам ушли в прошлое. С точки зрения экономики, те предприятия, которые ведут разработки и исследования поведения деталей или сборочных единиц при различных условиях практически без использования систем автоматизированного проектирования в своей деятельности, оказываются неконкурентоспособными как из-за больших материальных и трудовых затрат на проектирование, так и из-за невысокого качества получаемых результатов в виде проектов. Наиболее эффективное использование систем автоматизированного проектирования – это когда вся нормативно-конструкторская документация создается параллельно трехмерному моделированию деталей или сборочных единиц [2, 3].

Твердотельное моделирование заключается в проектировании тел, которые владеют всеми признаками реального физического тела. И те объекты, которые выполняются этой технологией, лучше воспринимаются по сравнению с объектами, выполненными другими способами.

Единицей твердотельного моделирования является модель, представляющая собой реальный физический объект или процесс, теоретическое построение, упорядоченный набор данных, которые отражают некоторые элементы или свойства изучаемого объекта или явления, существенные с точки зрения моделирования.

Современные трехмерные САПР сочетают в себе методы представления моделей: конструктивный и граничный. Базовый порядок создания модели детали включает формирование основания и дальнейшее использование булевых операций – сложение и вычитание отдельных элементов, а также построение массивов элементов, их зеркальное копирование и создание дополнительных конструктивных элементов [1].

Этапы создания модели

Рис. 1. Этапы создания твердотельной модели детали

Формирование отдельных трехмерных объектов всегда начинается с создания эскиза, который представляет собой плоскую фигуру, на основе которого в последствие образуется объемное тело. Эскиз может располагаться в одной из плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем. Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами двумерного редактора.

Например, при построении эскиза в системе Компас доступны все стандартные команды построения и редактирования изображения, а также сервисные возможности, позволяющие дополнительный «лофтинг».

В эскиз также можно перенести изображение из ранее подготовленного чертежа или фрагмента. Это позволяет при создании трехмерной модели опираться на существующую чертежно-конструкторскую документацию.

Способы построения в эскизах таких геометрических объектов, как прямоугольники, многоугольники и ломаные линии, ничем не отличается от способов построения аналогичных объектов в графическом документе. Однако результатом построения являются не единые объекты, а наборы отрезков, составляющих построенные прямоугольники, многоугольники или ломаные линии.

Объемные элементы образуются в результате операций – формообразующих перемещений эскизов. В основе операций – показанные на рис. 2 основные способы создания трехмерных объектов.

Основные операции создания 3D

Рис. 2. Основные формообразующие операции создания трехмерных объектов

Сборка в Компас-3D представляет собой трехмерную модель, объединяющую модели деталей, подсборок и стандартных изделий (компоненты сборки), а также информацию о взаимном положении компонентов и зависимостях между параметрами их элементов. Состав сборки и взаимное расположение ее компонентов задается пользователем [3].

Выделяют следующие способы проектирования сборок:

  • проектирование «снизу вверх»;
  • проектирование «сверху вниз»;
  • смешанный способ проектирования.

При проектировании сборки «снизу вверх» последовательно добавляются в сборку готовые детали (компоненты), при этом происходит установление их взаимного расположения. Такой порядок проектирования применим, если только сборки включают в себя немного деталей. Это вызвано тем, что для моделирования отдельных деталей с целью последующей их «сборки» требуется точно представлять их взаимное положение и топологию изделия в целом, вычислять и специально записывать размеры одних деталей для того, чтобы в зависимости от них устанавливать размеры других деталей [4].

Проектирование сборки «сверху вниз» отличается тем, что все компоненты можно создавать непосредственно в самой сборке. Причем, такой порядок проектирования предпочтителен по сравнению с проектированием «снизу вверх», так как он позволяет автоматически определять параметры и форму взаимосвязанных компонентов и создавать параметрические модели типовых изделий.

Однако на практике чаще всего используется смешанный способ проектирования, сочетающий в себе приемы проектирования «сверху вниз» и «снизу вверх», который позволяет при наименьших трудовых затратах повышать производительность моделирования.

Резюмируя, можно сказать, что компьютерная поддержка чертежно-графических и конструкторских проектов с использованием систем автоматизированного проектирования AutoCAD, КОМПАС-3D существенно повышает эффективность процесса проектирования за счет сокращения трудоемкости и себестоимости производства.

Список литературы

  1. Большаков В. П. и др. Выполнение сборочных чертежей на основе трехмерного моделирования в системе Компас-3D. – СПб. : СПбГУИТМО, 2008. 135 с.
  2. Компьютерное проектирование в системе AutoCAD / А. С. Дорохов, Ю. В. Катаев, К. А. Краснящих, Г. М. Вялых. М. : Изд-во РГАУ-МСХА. 2016. 80 с.
  3. Выполнение чертежей с использованием системы «Компас-3D» / А. С. Дорохов, Е. Л. Чепурина, К. А. Краснящих, Ю. В. Катаев, Г. М. Вялых. М. : Изд-во РГАУ-МСХА. 2016. 76 с.
  4. Система автоматизированного контроля управлением техническим состоянием машин и оборудования / И. Н. Кравченко, В. М. Корнеев, Ю. В. Катаев, Т. А. Чеха // Сельский механизатор. 2016. № 9. С. 22-23.

 

Материал поступил в редакцию 04.02.2018
© Катаев Ю. В., 2018