Трехмерное параметрическое моделирование на персональном компьютере

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

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7