1.3 Основы создания и редактирования твердотельных моделей сборочных единиц кузнечно-штамповочного оборудования

Построение базового тела основывается на плоском или трехмерном эскизе, для создания эскиза существует большое количество различных инструментов действующих в совокупности с "умными" привязками и позволяющих строить:

1. прямые, окружности и сплайны;

2. обрезать и удлинять линии;

3. зеркально отображать и копировать объекты;

4. делать скругления и фаски;

5. строить различные массивы объектов и эскизы текста;

6. проставлять размеры в автоматическом или ручном режиме;

7. наложение геометрических взаимосвязей;

8. проецирование на эскиз контуров выбранных элементов и т.д.

Выполнить построение трехмерных твердотельных элементов можно с помощью следующих методов:

1. вытягиванием эскиза или выбранного контура в любом направлении;

2. получение тел вращения;

3. элемента по заданным сечениям;

4. по указанной траектории;

5. придание толщины поверхности;

6. создание уклонов на грани модели

7. вырезы по эскизу, поворотом, по сечениям, по траектории, плоскостью или поверхностью;

8. получение скруглений (с постоянным или переменным радиусом) и фасок;

9. построение ребер жесткости;

10. создание оболочки;

11. получение массива элементов различными способами;

12. деформирование твердого тела;

13. копирование элементов;

14. комбинирование твердых тел и объединение в одну деталь;

15. вставка детали из файла в активный документ детали и т.д.

Для построения поверхностей можно воспользоваться одним из следующих инструментов:

1. вытягиванием или вращением профиля;

2. вытягиванием профиля вдоль траектории;

3. по сечениям между профилями;

4. эквидистанта к поверхности;

5. отсечение поверхности плоскостью, эскизом или другой поверхностью;

6. сшивка поверхностей;

7. разъема между деталями;

8. преобразование замкнутого объема поверхностей в твердое тело и т.д.

При создании моделей деталей наиболее часто используются команды следующих панелей инструментов (рис. 9). Проектирование в трехмерном пространстве выполняется на основе двумерных эскизов, располагающихся на выбранной пользователем рабочей плоскости.

Для выбора, создания и изменения эскиза, а также управления масштабной сеткой предназначены инструменты панели "Эскиз". Построение моделей деталей позволяют выполнить панели инструментов «Элементы».

Обобщив способы проектирования в трехмерном пространстве можно сделать заключение, что все методики основываются на двух простых алгоритмах:

1. прибавления толщины;

2. вычитания излишков объема.

При этом последовательность построения трехмерной модели определяется наиболее характерным сечением проектируемой детали, которое будет являться базовым эскизом. Далее, в зависимости от конфигурации эскиза, твердотельную модель можно получить методами вращения или прибавлением толщины.

а) Панели инструментов «Эскиз»

б) Панель инструментов «Элементы»

Рис. 9. Панели инструментов, применяемые

при создании модели детали

Выполнить такое построение можно с помощью соответствующих команд панели инструментов «Элементы» - Вытянутая бобышка/основание и Повернутая бобышка/основание. Рассмотрим следующие два наиболее характерных примера работы с вышеупомянутыми командами.

Рассмотрение приемов работы с описанными выше элементами легче всего на конкретных примерах, приведенных в табл. 2. Для начала создания твердотельной модели детали необходимо щелкнуть по кнопке Эскиз, в результате чего откроется графическое пространство SolidWorks, в котором происходит создание и редактирование модели (рис. 10).

Выполнение построения эскиза возможно на одной из трех плоскостей: Спереди, Сверху и Справа. Далее следует использовать инструменты панели «Эскиз».

Рис. 10. Пространство SolidWorks

Для разработки моделей любой сложности используются графические примитивы, расположенные на панели «Эскиз». Выполнить построение этих элементов можно после выбора одной из перечисленных плоскостей, который осуществляется подведением указателя мыши к «краю» плоскости и щелчком левой кнопкой, после чего можно приступить к выполнению операций рисования и редактирования.

Построение большинства тел основывается на таком элемента панели «Эскиз», как Отрезок. Работа с рассматриваемой командой осуществляется довольно просто (рис. 11).

Рис. 11. Основные этапы создания отрезка

Благодаря имеющейся технологии параметризации геометрических объектов, при создании эскиза основания деталей у конструктора не возникает необходимости в указании действительных размеров элементов, выполнить определение которых можно на завершающем этапе создания эскиза.

Очень часто конструктора для создания моделей используют команду Прямоугольник, которая работает следующим образом (рис. 12).

Команда Окружность является наиболее часто используемой командой и используется, в основном, при создании различного рода отверстий и бобышек (рис. 13).

При помощи инструмента Многоугольник создаются такие модели деталей, как различного рода гайки, головки болтов и т.п. Работает рассматриваемая команда следующим образом (рис. 14).

Рис. 12. Этапы работы с командой Прямоугольник

Рис. 13. Этапы создания окружности

Рис. 14. Этапы построения многоугольника

Команда Осевая линия используется для создания симметричных оснований и для построения деталей вращения. Работает эта команда аналогично команде Отрезок.

Команды редактирования построенного набора объекта так же располагаются на панели инструментов «Эскиз» и позволяют выполнить следующие действия:

1. создать скругление;

2. сделать фаску;

3. зеркально отразить набор примитивов;

4. преобразовать объекты;

5. смещение объекта;

6. отсечь объекты;

7. вспомогательная геометрия;

8. круговой массив;

9. прямоугольный массив;

10. переместить или копировать;

11. масштабировать или копировать;

12. вращать или копировать.

С помощью инструмента Скругление срезается угол на пересечении двух объектов эскиза, создавая касательную дугу. Скругление можно использовать при рисовании двухмерных и трехмерных эскизов. Работает эта команда следующим образом (рис. 15).

Рис. 15. Основные этапы работы с командой Скругление

Инструмент Фаски эскиза создает фаску для смежных элементов эскиза в двухмерных и трехмерных эскизах. Фаска может быть задана либо командой Угол-расстояние, либо Растояние-расстояние. Последовательность работы команды показана на рис. 16.

Рис. 16. Этапы работы с командой Фаска

Команда Зеркальное отражение создает копии объектов эскиза путем зеркального отражения их относительно осевой линии. Работает данная команда следующим образом (рис. 17).

Рис. 17. Этапы работы с командой Зеркальное отражение

Команда Преобразование объектов создает одну или несколько кривых на эскизе путем проецирования какой-либо кромки, петли, грани, внешней кривой эскиза, внешнего контура эскиза, набора кромок или набора внешних кривых эскиза на плоскость эскиза. Последовательность работы команды показана на рис. 18.

Рис. 18. Этапы работы с командой Преобразование объектов

Команда Смещение объекта позволяет создать смещения кривых эскиза от одного или нескольких объектов эскиза, кромки, петли, грани, кривой, внешнего контура эскиза, набора кромок или набора кривых модели на указанное расстояние. Этапы работы с командой смещение объектов показаны на рис. 19.

Рис. 19, Этапы работы с командой Смещение объектов

Команда Отсечь объекты предназначена для удаления и отсечения сегментов эскиза. Относится к группе команд редактирования и является одной из наиболее часто используемых. Последовательность работы с командой показана на рис. 20.

Рис. 20. Этапы работы с командой Отсечь объекты

В SolidWorks имеется возможность преобразования объектов эскиза во вспомогательную геометрию, которая помогает создавать объекты эскизов и геометрию, предназначенные для дальнейшей разработки модели. Вспомогательная геометрия игнорируется, когда эскиз используется для создания элемента. Вспомогательная геометрия использует такой же тип линии, которые используются для осевых линий. Работает эта команда следующим образом (рис. 21).

Рис. 21. Этапы работы с командой Вспомогательная геометрия

Команда Круговой массив позволяет создавать параметрический и редактируемый круговой массив объектов эскиза. Работает данная команда следующим образом (рис. 21).

Рис. 22. Этапы работы с командой Круговой массив

Команда Прямолинейный массив позволяет создавать параметрический и редактируемый линейный массив объектов эскиза. Работает данная команда следующим образом (рис. 23).

Рис. 23. Этапы работы с командой Прямоугольный массив

Начиная с версии SolidWorks 2003, в системе появилась возможность перемещения, копирования и масштабирования объектов эскиза, что выполняется при помощи соответствующих команд:

1. переместить или копировать;

2. повернуть или копировать;

3. масштаб или копировать.

Рис. 273. Этапы работы с командой Переместить или копировать

При использовании рассматриваемых операций следует помнить, что операция Переместить или копировать не создают взаимосвязей. Для создания взаимосвязей перетащите элементы или добавьте взаимосвязи. Чтобы поддержать существующие взаимосвязи во время выполнения операции Переместить или повернуть, выберите Сохранить взаимосвязи.  

Если параметр Сохранить взаимосвязи не будет выбран, то взаимосвязи нарушаются только между выбранными элементами и теми, которые не выбраны; взаимосвязи между выбранными элементами сохраняются.

Остальные команды работают аналогично рассмотренной Переместить или копировать.

Созданная геометрия эскиза может находиться в одном из следующих состояний:

1. Полностью определен - черный цвет. Размеры и взаимосвязи описаны полностью и правильно.

2. Недоопределен - синий цвет. Размеры и взаимосвязи не определены адекватным образом, и линии могут неожиданно перемещаться или изменяться в размере.

3. Переопределен - красный цвет. Данная геометрия содержит слишком много ограничений в виде размеров и/или взаимосвязей.

4. Подвешенные - коричневый цвет, штриховые линии. Относится только к объекту эскиза, который был добавлен в эскиз автоматически в последнее известное положение подвешенной геометрии модели.

5. Не решено - розовый цвет. Положение данной геометрии не может быть определено с помощью существующих ограничений.

6. Недопустимый - желтый цвет. Данная геометрии при расчете окажется геометрически недопустимой.

Состояние эскиза определяется наличием нанесенных размеров его элементов. Для создания размеров необходимо использовать команду Автоматическое нанесение размеров. При этом для большинства геометрических примитивов размеры можно нанести двумя способами. Первый способ работы рассматриваемой команды показан на рис. 25, а второй – на рис. 26.

Рис. 25. Этапы создания размера

Рис. 26. Второй способ нанесения размера

Зачастую приходится выполнять образмеривание отрезков, расположенных под некоторым углом, что можно выполнить следующим образом (рис. 27).

Рис. 27. Нанесение угловых размеров

В SolidWorks имеется возможность изменения размеров графических примитивов посредством изменения их значений. Выполняется это следующим образом (рис. 28).

Рис. 28. Этапы изменения геометрии

В последних версиях SolidWorks в диалоге Изменить при редактировании размера имеется возможность выполнения различного рода вычислений непосредственно в поле этого диалога. Для этого используются, в основном, простые арифметические операции (рис. 29)

Рис. 29. Примеры вычислительных операций при редактировании величин размеров

Во всех вышеприведенных примерах геометрия эскиза находилась в состоянии Не полностью определен.

Однако для корректного построения твердотельных моделей эскиз должен быть переведен в состояние полностью определен, о чем будет говорить черный цвет всех геометрических примитивов, созданных на данном эскизе.

Для выполнения этого требования необходимо выполнить простановку размеров для всех геометрических примитивов (рис. 29).

Остальные состояния эскиза могут быть вызваны чрезмерной простановкой размеров, и для перевода эскиза в состояние Полностью определен в этом случае необходимо удалить лишний размер.

Рис. 30. Примеры простановки размеров

Далее подробно рассмотрим примеры создания оснований для различных тел с применением инструментов панелей «Эскиз» и «Инструменты эскиза» (см. табл. 2).

Таблица 2

Последовательность создания базовых элементов

Инструмент	Назначение	Пример
	При вытяжке элемента указывается Граничное условие вытяжки. Доступные параметры зависят от выбранного типа вытяжки. Направление вытяжки - Посмотрите на предварительный вид и проверьте направление и глубину элемента; - Выберите параметры в окне группы Направление 1, чтобы вытянуть элемент в одном направлении от плоскости эскиза; - Выберите параметры в окне группы Направление 2, чтобы вытянуть элемент в обоих направлениях от плоскости эскиза. Граничное условие - Если выбирается параметр На заданное расстояние или От средней поверхности, следует указать Глубину - Если выбирается параметр На расстоянии от поверхности, следует указать Смещение. При выборе На расстоянии от поверхности можно указать Преобразовать поверхность. При выборе Преобразовать поверхность конец вытяжки является преобразованием справочной поверхности, а не настоящим смещением.

Продолжение таблицы 2

Инструмент	Назначение	Пример
	- При необходимости выберите параметр Реверс смещения. - До тела. Укажите тело, до которого нужно вытянуть, в графической области. Выбор указывается в окне Твердое тело/Поверхность.
	Команда Повернуть создает элемент, который добавляет или удаляет материал путем поворота одного или нескольких профилей вокруг осевой линии. Элемент может быть твердотельным элементом, тонкостенным элементом или поверхностью. Последовательность работы с данной команды следующая: Создайте эскиз, содержащий один или несколько профилей и осевую линию;

Окончание таблицы 2

Инструмент	Назначение	Пример
	Выберите один из следующих вариантов: - Повернутая бобышка/Основание; - Повернутый вырез; - Повернутая поверхность. В окне группы Настройки операции повернуть выполните следующие операции: - Выберите Тип вращения. Нажмите кнопку Реверс направления, если необходимо; - Угол по умолчанию - 360°. При необходимости, измените параметр Угол, или перетащите маркеры в графической области.

Зачастую возникает задача создания оснований с применением комбинированных или нескольких способов. Так тела вращения можно создать с применением как команды Повернуть и Вытянуть бобышку/Основание. Этапы создания основания при помощи команды Повернуть были рассмотрены в таблице 2, а в таблице 3 рассмотрим этапы создания основания с применением команды Вытянуть бобышку/Основание.

Таблица 3

Создание тел вращения путем прибавление толщины

Инструмент	Назначение	Пример
	Первым этапом создания основания на основе метода прибавления толщины и команды Вытянуть бобышку является создание эскиза, который в общем случае будет представлять собой эскиз окружности. Далее для завершения построения цилиндра достаточно щелкнуть по пиктограмме, приведенной слева. Ввести высоту цилиндра позволяет диалог, открываемый после вызова команды. При этом имеется возможность предварительного просмотра, по результатам которого построение основания завершается щелчком по кнопке Ok

Далее рассмотрим этапы создания оснований с применением команд Круговой и Прямоугольный массив (табл. 4).

Таблица 4

Инструмент	Назначение	Пример
	Начальные этапы работы с командой Прямоугольный массив были рассмотрены выше (рис. 22). Теперь стоит уделить внимание созданию основания с применением этой командой. После создания массива необходимо выполнить его образмеривание с целью обеспечения возможности редактирования месторасположения отверстий в контексте сборки. Далее можно перейти к созданию основания, для чего достаточно щелкнуть по кнопке Вытянуть бобышку, диалог которой показан в правой колонке. В этом диалоге для завершения создания основания достаточно указать толщину детали. Результатом работы станет следующий твердотельный элемент.

После создания основания можно приступить к его редактированию. При выполнении большинства операций следует учитывать то, что их можно выполнять как при разработке эскизов основания, так и при редактировании твердотельных моделей (табл. 5)

Таблица 5

Инструмент	Назначение	Пример
	Наряду с прямоугольной сеткой отверстий так же часто используется круговая сетка, выполнить построение которой можно при помощи команды Круговой массив. Пусть необходимо построить круговую сетку отверстий на детали, изображение которой показано ниже. Для этого после создания твердотельного основания на грани фланца необходимо создать эскиз с сеткой отверстий, для чего сначала необходимо выбрать грань, и затем щелкнув по кнопке Эскиз, выполнить необходимые построения. Далее, для создания массива достаточно щелкнуть по кнопке Круговой массив и выполнить соответствующий диалог, по завершению которого достаточно щелкнуть по кнопке Ok. Для завершения создания тела достаточно щелкнуть по кнопке Вытянутый вырез и в открывшемся диалоге выбрать «Через все»

При выполнении команд редактирования на твердотельном основании используются такие инструменты панели «Элементы», как Скругление, Фаска, Ребро, Уклон, Линейный массив, Круговой массив и Зеркальное отражение (таблица 6).

Таблица 6

Инструмент	Назначение	Пример
	Скругления поверхностей, используются для устранения острых кромок в проектируемой детали. Скруглить можно как грань, так и кромку тела. При этом следует помнить, что при скруглении граней будут срезаны все кромки, которые ее ограничивают. Для создания скругления сначала необходимо выделить грань или кромку. Результатом работы команды станет измененная геометрия твердотельного объекта.

Продолжение таблицы 6

Инструмент	Назначение	Пример
	Фаска создается аналогично скруглению и может быть задана либо командой Угол-расстояние, либо Растояние-расстояние.

Продолжение таблицы 6

Инструмент	Назначение	Пример
	Команда Ребро представляет особый тип вытянутого элемента, созданный из незамкнутого нарисованного контура. Эта команда добавляет материал заданной толщины в заданном направлении между контуром и существующей деталью.

Продолжение таблицы 6

Инструмент	Назначение	Пример
	Команда Уклон заостряет выбранные грани модели под заданным углом для более легкого удаления отлитой детали из литейной формы. При этом можно добавлять уклоны в существующую деталь или создать его во время вытяжки элемента. Создание уклона начинаеся с выбора двух граней: грани, которая будет являться нейтральной плоскостью и грани, на которой необходимо создать уклон. Помимо этого в открывшемся диалоге необходимо ввести значения угла уклона.. Результатом станет следующие изменения твердотельной геометрии.

Продолжение таблицы 6

Инструмент	Назначение	Пример
	Команда Линейный массив создает несколько копий выбранного элемента или элементов вдоль одного или двух направлений. Для создания прямоугольного массива используется следующий диалог рассматриваемой команды, при выполнении которого необходимо указать направления создания массива, под которой понимаются кромки созданного основания.

Продолжение таблицы 6

Инструмент	Назначение	Пример
	Команда Круговой массив создает несколько копий выбранного элемента, располагающихся по диаметру. Для создания такого массива необходимо иметь осевую линию, в качестве которой необходимо использовать команду Ось из панели «Справочная геометрия». Для построения оси достаточно щелкнуть по кнопке \ Ось и выбрать грань для создания оси. Для создания массива элементов необходимо выбрать грань отверстия, ось и ввести число создаваемых копий элементов в диалоге «Круговой массив».

Окончание таблицы 6

Инструмент	Назначение	Пример
	Команда Зеркальное отражение копирует выбранные элементы или все элементы, зеркально отражая их относительно выбранной плоскости или грани. Для создания Зеркального отражения выберите элементы, которые будут копироваться, и плоскость, относительно которой будет выполняться их зеркальное отражение. Если выбрать плоскую грань модели, то зеркально отразится вся модель относительно выбранной грани.

При создании эскизов следует помнить, что геометрические взаимоотношения в SolidWorks устанавливаются на основе взаимосвязей (см. табл. 7).

Таблица 7

Взаимосвязь	Выберите объекты	Получающиеся взаимосвязи
Горизонтальность или вертикальность	Одну или несколько линий или две или несколько точек.	Линии становятся горизонтальными или вертикальными (что определяется текущей системой координат эскиза). Точки выравниваются по горизонтали или вертикали.
Коллинеарность	Две или несколько линий.	Элементы лежат на одной и той же бесконечной линии.
Корадиальность	Две или более дуги.	В элементах используются одни и те же центр и радиус.
Перпендикулярность	Две линии.	Два элемента перпендикулярны друг к другу.
Параллельность	Две или несколько линий. Линия и плоскость (или плоская грань) в трехмерном эскизе.	Элементы параллельны друг другу. Линия параллельна выбранной плоскости.
Параллельно YZ	Линия и плоскость (или плоская грань) в трехмерном эскизе.	Линия параллельна плоскости YZ по отношению к выбранной плоскости.

Продолжение таблицы 7

Взаимосвязь	Выберите объекты	Получающиеся взаимосвязи
Параллельно ZX	Линия и плоскость (или плоская грань) в трехмерном эскизе.	Линия параллельна плоскости ZX по отношению к выбранной плоскости.
Вдоль Z	Линия и плоскость (или плоская грань) в трехмерном эскизе.	Линия перпендикулярна поверхности выбранной плоскости.
Касательность	Дугу, эллипс или сплайн, и линию или дугу.	Два элемента остаются касательными друг к другу.
Концентричность	Две или более дуги, или точку и дугу.	Для дуг используется один и тот же центр.
Средняя точка	Точку и линию.	Точка остается в центре линии.
Пересечение	Две линии и одну точку.	Точка остается на пересечении двух линий.
Совпадение	Точку и линию, дугу или эллипс.	Точка лежит на линии, дуге или эллипсе.
Равенство	Две или более линии, или две или более дуги.	Длины линий или радиусы остаются равными.
Симметричность	Осевую линию и две точки, линии, дуги или два эллипса.	Элементы остаются на равном расстоянии от осевой линии, на перпендикулярной к ней линии.

Окончание таблицы 7

Взаимосвязь	Выберите объекты	Получающиеся взаимосвязи
Зафиксировать	Любой объект.	Фиксируются размер и местоположение объекта. Однако конечные точки неподвижных линий можно свободно перемещать вдоль бесконечной линии, лежащей внизу. Кроме того, конечные точки дуги или эллиптического сегмента можно свободно перемещать вдоль полной окружности или эллипса, расположенного ниже.
Точка пронзания	Точку эскиза и какую-либо ось, кромку, линию или сплайн.	Точка эскиза совпадает с местом, где ось, кромка или кривая пронзают плоскость эскиза. Взаимосвязь "Точка пронзания" используется в элементах по траектории с направляющими кривыми.
Слить точки	Две точки эскиза или конечные точки.	Две точки эскиза сливаются в одну точку.

Установить взаимосвязи между геометрическими объектами можно непосредственно при создании эскиза, как это показано на рис. 30.

Рис. 30. Возможные взаимосвязи для базовых наборов объектов

При создании твердотельных моделей сложных деталей зачастую возникает необходимость в применении специальных приемов при создании основания модели:

1. создание бобышки: по траектории; по сечениям;

2. создание выреза: по траектории; по сечениям; поверхностью.

Используются эти команды, в основном, при проектировании литых деталей и технологических штамповочных инструментов при моделировании технологических процессов обработки металлов давлением. Работают эти команды следующим образом.

• Создание бобышки по траектории. Для создания такого основания необходимо иметь эскиз основания и эскиз линии траектории, по которой должно быть создано основание (рис. 31).

Рис. 31. Создание бобышки по траектории

• Создание бобышки по сечениям. Команда используется для создания сложных линий перехода при построении твердотельного основания деталей различного назначения. Работает эта команда следующим образом (рис. 32).

Рис. 32. Этапы работы с командой Создание бобышки по сечениям

• Создание выреза по траектории. Команда работает аналогично созданию бобышки по траектории, только, в отличие от последней, предназначена для удаления части металла (рис. 33).

Рис. 33. Этапы работы с командой Создание выреза по траектории

• Создание выреза по сечениям. Команда работает аналогично команде создания бобышки, с той лишь разницей, что результатом работы команды является удаление части созданного объема твердотельного основания (рис. 34).

Рис. 34. Этапы работы с командой Создание выреза по сечениям

• Создание выреза поверхностью. Рассматриваемая команда предназначена для удаления части объема твердотельного элемента, отсекаемого одной из выбранной плоскости. Этапы работы с этой командой показаны на рис. 35.

Рис. 35. Этапы работы с командой Создание выреза поверхностью