Трехмерное моделирование. Системы геометрического моделирования

Лекция № 5

1. Общие принципы моделирования.

Несмотря на то, что двухмерное моделирование позволяет вполне успешно решать поставленные задачи, система КОМПАС располагает весьма эффективными средствами 3D-моделирования, которое позволяет создавать трехмерные модели самых сложных деталей и сборок. В системе КОМПАС необходимо моделировать объект в тех условиях, где он будет эксплуатироваться. Система геометрического моделирования делится на каркасные, поверхностные, твердотельные.

В системах каркасного моделирования объект представляется в виде набора его характерных точек и линий. Математическое описание объекта представляет собой набор уравнений, кривых, координат точек, сведений о связанности кривых и точек.

Пример: У куба 8 вершин, все ребра из прямых.

В процессе визуализации каркасная модель не всегда однозначна передает форму объекта, кроме того в ней отсутствуют сведения о внутренних и внешних поверхностях этого объекта. Каркасные модели используются в стадии чернового проектирования.

В системах поверхностного моделирования математическое описание модели включает в себя не только сведения о характерных линиях и ее точках, но и данные о поверхностях объекта, представленные в виде уравнений поверхностей и линий. Как правило эти поверхности бывают без указания граничных линий и необходимо рассчитать линии перехода между поверхностями. Такие системы в настоящее время используются для создания моделей со сложными по форме поверхностями. Пример: кузов автомобиля, крылья самолета.

Системы твердого моделирования предназначены для работы с объектами из замкнутого объема. В таких системах не допускается создание набора поверхностей, если оси не образуют замкнутого объема.

Математическая модель объекта – содержит сведения, по которым система может определить место положения произвольной точки пространства и точки на моделях. (Она находится внутри объема, снаружи или на границе). Такие сведения позволяют получить любую информацию об объеме тела и выполнить необходимый расчет.(Можно выполнить расчет массы, силовые расчеты.).

Однако создание модели в виде замкнутого объема требует большего количества входных данных. Как правило такие системы оснащаются простыми и естественными функциями для работы с объемными формами объектов. (добавить, вычесть, общий объем выбрать, часть поверхности.). Твердотельные модели используются в общем машиностроении.

Функции моделирования – поддерживаемые большинством систем твердотельного моделирования могут быть разделены на 5 основных групп.

1 группа - входят функции для создания простых форм на основе объемных заготовок и функции добавления и вычитания объемом.

2 группа - относятся функции создания объемных тел путем перемещения поверхности или функции вращения. Объемное тело создается путем натягивания сечения на каркас.

3 группа – функции моделирования предназначены главным образом для изменения существующих форм. (Сопряжения, скругления).

4 группа – относятся функции, которые позволяют непосредственно манипулировать составляющими элементами объемных тел (Вершинами, ребрами, гранями).

5 группа – используются функции, с помощью которых возможно моделировать тело свободных форм.

 

1.1. Порядок работы при создании детали.

 

Общепринятым порядком моделирования твердого тела является последовательное выполнение булевых операций (объединения, вычитания, пересечения) над объемными элементами (сферами, призмами, цилиндрами, конусами, пирамидами и т.д.) Привести пример на экране.

В КОМПАСЕ-3 D для задания формы объемных элементов выполняется такое перемещение плоской фигуры в пространстве, след от которого определяет форму элемента (например, поворот дуги окружности вокруг оси образует сферу или тор, смещение многоугольника – призму, и т. д. Привести пример на экране а).призмы, б) тора, в) кинематического элемента.

Плоская фигура, на основе которой образуется тело, называется эскизом, а формобразующее перемещение эскиза – операцией.

Эскиз может располагаться в одном из ортогональных плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано. Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами чертежно-графического редактора КОМПАС. При этом доступны все команды построения и редактирования изображения, команды параметризации и сервисные возможности. Как правило контур эскиза должен выполняться сплошной основной линией.

Проектирование новой детали начинается с создания основания путем вставки в файл готовой модели детали или выполнения операции над эскизом (или несколькими эскизами).

Доступны операции: Выдавливание эскиза в направлении, перпендикулярном его плоскости. Пример.

Вращение эскиза вокруг оси, лежащей в его плоскости. Пример.

Кинематическая операция – перемещение эскиза вдоль указанной направляющей. Пример.

Построение тела по сечениям - построение объемного по нескольким эскизам, которые рассматриваются как сечения элемента в нескольких плоскостях.

Каждая операция имеет дополнительные опции, позволяющие варьировать правила построения тела.

Грань – это гладкая не обязательно плоская часть поверхности детали.

Ребро – прямая или кривая, разделяющая две смежные грани.

Вершина – точка конца отрезка.

Тело детали – замкнутая и непрерывная область пространства ограниченная гранями детали.

 

1.2. Создание мод6ели детали в системе КОМПАС

 

Построение детали начинается с основания первого

формообразующего элемента. Основание есть у каждой детали и оно всегда одно. Выбирают самую массивную часть детали, для того, чтобы использовать тот элемент к которому удобно добавлять. Для создания основания используется любая из 4-х перечисленных формообразующих операций. (Операция выдавливания, вращения, кинематическая операция, операция по сечениям.).

После этого создаются остальные элементы детали, путем добавления или вычитания материалов, используя разновидности тех же 4-х формообразующих операций.

 

1.3. Требования к эскизам кинематической операции, операции вращения, операции по сечениям

Кинематическая операции позволяет создавать основание детали, представляющее результат перемещения эскиза-сечения вдоль выбранной траектории.

При выполнении кинематической операции или построении кинематической поверхности используются как минимум два эскиза: в одном из них изображается сечение кинематического элемента (кинематической поверхности), в остальных – траектория движения сечения. В эскизе-сечении находится только один контур, который может быть разомкнутым или замкнутым. Если траектория состоит из одного эскиза, должны выполняться следующие условия: в эскизе-траектории может быть только один контур, контур может быть разомкнутым или замкнутым, разомкнутом контуре его начало должно лежать в плоскости эскиза-сечения, в замкнутом контуре он должен пересекать плоскость эскиза-сечения.

Операция вращения позволяет получать твердотельный элемент, представляющий собой тело вращение.

Требования к эскизу – 1. Ось вращения должна быть одна и изображена со стилем линии осевая. В эскизе может быть один или несколько контуров. Если контур один, то он может быть разомкнутым или замкнутым. Если несколько, то один наружным, а все остальные вложенные в него. Не один из контуров не должен пересекать ось вращения.

Операция по сечениям позволяет создать основание детали, указав несколько его сечений, изображенных в разных эскизах. Если необходимо, можно указать направляющую – контур, задающий направление построения элемента по сечениям. Команда доступна, если в детали существуют, хотя бы два эскиза.

Требования к эскизам элемента по сечениям следующие:

Эскизы могут быть расположены в произвольно ориентированных плоскостях;

Эскиз начального (конечного) сечения может содержать контур или точку;

Эскиз промежуточного сечения может содержать только контур;

Контур в эскизе может быть только один;

Контуры в эскизах должны быть или все замкнутыми, или все разомкнутыми.

1.4.Построение сборок

В современных системах конструкторской графики существует два основных подхода к построению трехмерных сборок.

Первый способ сборки «снизу-вверх». Когда сначала строятся трехмерные модели деталей и в процессе сборки эти модели добавляются. Этот способ пришел из докомпьютерного времени, когда конструктор делал чертеж общего вида, затем чертежи отдельных деталей, затем по ним сборщики собирали изделия.

Второй способ, самый прогрессивный, создание сборки «сверху-вниз». Когда отдельные детали создаются на месте в пространстве сборки. Сначала первая деталь и в сборке создается, за счет сопрягаемой грани, вторая деталь.

 

1.4. Основные принципы сборки

Чтобы добавить деталь в сборку, необходимо в падающем

меню операции, выбрать команду добавить компонент из файла и далее указать место положения файла с моделью детали. Далее нужно указать точку вставки компонента. Либо произвольно с помощью мышки, либо с помощью координат, либо с помощью привязки.

Компонент будет вставлен в текущую сборку и начало координат этого компонента совместится с указанной точкой вставки, а направление осей совместится с направлением осей пространства сборки. Если вставленный компонент первый, то он фиксируется в том положении, в котором вставлен. Зафиксированный компонент не может перемещаться в пространстве сборки. Элемент появится в дереве построений. Дальше добавляем в пространство сборки следующий элемент.

В системе КОМПАС существует несколько способов перемещения компонентов сборки. Первый способ повернуть компонент вокруг центра, повернуть вокруг оси, также сдвинуть компонент в любом направлении. Команда сдвига и поворота находится в падающем меню сервис- переместить, повернуть компонент.

Точное перемещение компонентов сборки в нужное место осуществляется с помощью механизма сопряжения. Сопряжение – это параметрическая связь между компонентами сборки, которая формируется путем задания взаимного положения их элемента. Команды установки сопряжений находятся в падающем меню Операции. После установки нужных типов сопряжений, вставляемый компонент перемещается в нужное место сборки.