Глава 3. Основы работы в трехмерном пространстве

3.1. Подходы к проектированию в трехмерном пространстве

Изображения трехмерных объектов на экране компьютера является очень красивым и впечатляющем зрелищем (рис. 163).

Рис. 163. Пример трехмерной модели кривошипного горячештамповочного пресса

Создание реалистичных трехмерных изображений помогает лучше представить окончательный вид разработанной детали, чем могут дать каркасные пространственные рисунки. В каркасной модели, из-за того, что все края и образующие кривые являются видимыми, часто бывает трудно установить, сверху или снизу рассматривается модель. Изображения с удаленными скрытыми линиями выглядят более реалистично, поскольку при этом становятся невидимыми линии, представляющие задние ее части. Наиболее же наглядными являются раскрашенные и тонированные модели.

Получить пространственную твердотельную модель можно несколькими способами. Первый, самый распространенный способ получения моделей сложных деталей, называется проектированием модели “снизу-вверх”. Создание твердого тела при таком подходе требует наличия плоского эскиза, геометрические характеристики которого дают максимальную информацию о форме и размерах твердого тела. Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами чертежно-графического редактора. При этом доступны все команды построения и редактирования изображения, сервисные возможности.

В самом общем случае рассматриваемый подход заключается в получении модели изделия путем построения элементарных фигур и составления, из них единого целого используя булевы операции. При этом используются базовые процедуры твердотельного моделирования – ВРАЩАЙ и ВЫДАВИ.

Команда ВРАЩАЙ (REVOLVE) создает твердотельные объекты с помощью вращения соответствующих двумерных объектов или областей вокруг заданной оси (рис. 164). Эта команда может вращать лишь один объект.

Рис. 164. Примеры деталей, получаемые

командой ВРАЩАЙ (REVOLVE)

Команда ВЫДАВИ (EXTRUBE) позволяет создавать твердотельные объекты “выдавливанием” (добавлением высоты) двухмерных примитивов (рис. 165). AutoCAD позволяет выдавливать такие примитивы как полилиния, многоугольник, круг, эллипс, замкнутый сплайн, кольцо и области. Фигуры и полосы, получив высоту, становятся призмами с тремя или четырьмя боковыми гранями. Окружность принимает вид вертикального столба, а при раскрашивании ведет себя как твердотельный цилиндр. Каждый из сегментов широкой полилинии обрабатывается отдельно. Сегменты, имеющие ненулевую ширину, получают верхнюю и нижнюю поверхности, а сегменты нулевой ширины представляются как подобные им отрезки и дуги, обладающие высотой.

Рис. 165. Пример твердотельного примитива,

полученного командой ВЫДАВИ (EXTRUBE)

Запрос команды “Глубина выдавливания: “ позволяет ввести ненулевое значение высоты детали или указать две точки. Ввод положительного значения означает выдавливание основания в положительном направлении оси Z.

При построении твердотельных моделей следует помнить, что создание таких элементов как фаска, скругление и т.п. выполняется стандартными командами Автокада, точно так же, как и при двумерном проектировании.

Все перечисленные команды и остальные средства создания твердотельных моделей деталей находятся на панелях команд «3D-орбита», «Твердые», «USC» и «USC-II» (рис. 166, 167, 168, 169 ).

Рис. 166. Элементы управления панели «3D-орбита»

Рис. 167. Элементы управления панели «Твердые»

Рис. 168. Элементы управления панели «USC»

Рис. 169. Элементы управления панели «USC II»

Создание любой трехмерной модели начинается с создания эскиза основания с применением базовых команд Автокада. Однако, в отличие от плоских двумерных моделей, построенный эскиз должен представлять собой единый объект, создание которого рассмотрим на следующем примере.

Пусть необходимо создать твердотельную модель детали, показанной на рис. 170, с целью определения ее массы.

Рис. 170. Чертеж детали

Для объединения набора созданных объектов сначала необходимо преобразовать отдельно нарисованные отрезки в полилинии, а затем объединить их. Выполнить это действие можно с помощью команды Ломаная линия, вызвать которую можно выбрав пункт меню Модификация -> Объект -> Ломаная линия. При этом Автокад, как и при выполнении команд редактирования, сначала выдаст запрос на выделение объектов:

Select polyline or [Multiline]:

Выберите полилинию или [Мультлинию]:

После выбора объекта Автокад просит конструктора подтвердить необходимость преобразования его в полилинию:

Do you want to turn it into one <Y>:

Желаете преобразовать его в целое <Да>:

После нажатия клавиши <Enter> то же самое действие необходимо выполнить то же самое действие для остальных объектов. По завершению преобразования объединить полученные полилинию, что выполняется с помощью опций рассматриваемой команды, которые станут доступными по выбору первого объекта:

Enter an option [Close/Join/Width/Edit vertex/Fit/Spline/Decurve/LType gen/Undo]:

Выберете опцию:

[Замкни/Объедени/Ширина/Редактировать вершину/Посадка/Сплайн/Кривая/ LType gen/Отменить]:

Для объединения полилиний необходимо выбрать опцию Join (Объедени) и ввести букву j в командной строке, после чего указать Автокаду объекты, подлежащие объединению.

Выбор объектов завершается по щелчку правой кнопкой маши, а выход из команды – нажатием клавиши <Enter>. Результатом выполненных действий должен стать объединенный объект (рис. 171).

Рис. 171. Созданный целый объект, полученный объединением нескольких отдельных объектов

Далее можно создать твердотельное основание данной детали, для чего достаточно воспользоваться командой Экструзия панели инструментов «Твердые». При ее вызове Автокад сначала войдет в режим выбора объектов для выдавливания, что отобразиться в командной строке:

Select objects:

Выберите объекты:

Для завершения построения твердого тела необходимо указать его толщину в ответ на следующий запрос:

Specify height of extrusion or [Path]:

Укажите величину выдавливания или [Путь]:

Автокаду для завершения построения трехмерной модели достаточно будет ввести угол для создания основания:

Specify angle of taper for extrusion <0>:

Укажите угол выдавливания <0>:

Как правило, в ответ на этот запрос достаточно нажать клавишу <ENTER>, результатом чего станет получение следующего изображения (рис. 172).

Рис. 172. Внешний вид основания построенной трехмерной модели детали

Следующей задачей является построение отверстий, двумерный эскиз которых так же сначала необходимо преобразовать в полилинию и выдавить. Так как в Автокаде нет прямой операции создания выреза, то для получения отверстий необходимо использовать булевы операции объединения, вычитания и пересечения, которые располагаются в пункте меню «Модификация» (рис. 173).

Рис. 173. Выбор булевых операций

При этом для создания выреза необходимо эскиз основания вытягивать на величину, большую чем толщина детали в создаваемом месте (рис. 174).

Рис. 174. Подготовка трехмерных элементов для создания выреза

Для завершения создания выреза используется команда Вычитание (Subtract), вызвать которую можно выбором ее в группе меню «Изменение твердых» пункта Модификация. Работает рассматриваемая команда следующим образом. Вначале Автокад предлагает выбрать объекты, из которых будут вычтены построенные элементы по появлению следующего запроса:

Select objects:

Выбери объекты:

Далее система просит конструктора выбрать объекты для создания выреза:

Select solids and regions to subtract:

Выберите тела и области для выреза:

Результатом работы команды станет следующее изображение (рис. 175).

Рис. 175. Построенная деталь

Основной целью создания трехмерной модели был расчет ее массы, для чего достаточно вычислить ее объем с помощью команды Свойства области/Массы (Massprop), по выполнению которой ее объем можно узнать изз следующего диалога (рис. 176).

Рис. 176. Результаты расчета центро-массовых характеристик

Для получения массы необходимо знать значение плотности для материала, из которого предполагается изготовить проектируемую деталь. Быстро сделать это можно помня некоторые из наиболее часто используемых значений плотностей материалов, приведенные в таблице 4.

Таблица 4

Значения коэффициента плотности для некоторых конструкционных материалов

Материал	Плотность, кг/мм3
Сталь	0,00785
Бронза	0,0082

Теперь, для получения массы осталось умножить один из приведенных коэффициентов на полученный при расчете объем, в результате чего получиться значение в граммах: 252968,65995 или в килограммах: 252,96865995. Рассчитанное таким образом значение с округлением до сотых теперь можно занести в основную надпись чертежа спроектированной детали.