3. Общие принципы моделирования
Общепринятым порядком моделирования твёрдого тела является последовательное выполнение булевых операций (объединения, вычитания и пересечения) над объёмными элементами (сферами, призмами, цилиндрами, конусами, пирамидами и т.д.). Пример выполнения таких операций показан на рис. 1.
В КОМПАС-3D LT для задания формы объёмных элементов выполняется такое перемещение плоской фигуры в пространстве, след от которого определяет форму элемента.Рассмотрим образование основных объёмных элементов. Рис. 1. Булевы операции над объёмными элементами:
а) построение параллелепипеда; б) объединение параллелепипеда и цилиндра; в) вычитание цилиндров из параллелепипеда
Для образования призмы необходимо произвести перемещение или вытягивание плоской фигуры в пространстве (рис. 2). Для получения куба или параллелепипеда необходимо произвести перемещение прямоугольника или квадрата, для получения цилиндра – круга, для получения призмы - шестигранника и т.д.
а) б)
Рис. 2. Образование куба:
а – перемещение квадрата; б – полученный объект
В автомобильной промышленности примерами деталей, которые можно моделировать этим способом являются простейшие детали, такие как, гайки, шайбы, цилиндры, штоки, валы, поршни, и т.д.Для образования объектов вращения, таких, как тор, цилиндр, конус, необходимо произвести поворот или вращение фигуры относительно оси (рис 3).Примерами деталей, которые можно моделировать таким способом являются следующие детали: валы, колёса, ролики, шайбы, диски, шкивы, и т.д. Для образования более сложных объектов, необходимо произвести перемещение фигуры по заданной траектории (рис.4).Поэтому такие геометрические тела называются кинематическими объектами. В качестве примера таких объектов можно привести следующие детали: рычаги сложной формы, шатуны, вилки, резьба на деталях, шлицы и шпоночные пазы, и т.д.Создание объектов более сложной формы, в которых форма перемещаемого начального элемента может изменяться, выполняют построением по сечениям (рис. 5). При этом выполняется построение нескольких сечений, по которым в последующем будет создаваться объект. Перемещение по сечениям может осуществляться непосредственно как по самим сечениям, так и по заданной траектории, которая соединяет начальное и конечное сечения.
Среди деталей, которые возможно моделировать таким методом являются: корпусы, рукояти, рычаги, патрубки, коллекторы и т.д.
Плоская фигура, на основе которой образуется элемент, называется эскизом, а формообразующее перемещение эскиза — операцией. Эскиз также может служить в большинстве случаев осью вращения и траекторией перемещения основополагающей фигуры.
Эскиз может располагаться в одной из ортогональных плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем. В эскиз можно перенести изображение из ранее подготовленного чертежа или фрагмента.
Это позволяет при создании трёхмерной модели опираться на существующую чертежно-конструкторскую документацию.
а) б)
Рис. 3. Образование тора:
а – вращение круга относительно оси; б - полученный объект
Таким образом, для построения куба (рис. 18), эскизом является квадрат, построенный на стандартной плоскости. Для построения тора (рис. 19) используется два эскиза: эскиз, являющийся основой для построения и эскиз, который представляет собой ось вращения основного эскиза.
а) б)
Рис. 4. Образование кинематического объекта:
а – перемещение квадрата по заданной траектории; б – полученный объект
Для построения кинематического объекта (рис. 4) также применяется два эскиза: эскиз, являющийся основой для построения и эскиз, который представляет собой траекторию перемещения основного эскиза. При построении объекта по сечениям (рис. 5) может использоваться большее количество основных эскизов, в отличие от предыдущих способов построения. На примере показано использование четырёх основных эскизов – сечений под номерами 1, 2, 3 и 4. Если модель, выполняемая при помощи сечении сложна, то может использоваться дополнительные эскизы – эскизы-траектории, по которым осуществляется соединение эскизов-сечений.
а) б)
Рис. 5. Образование объекта по сечениям:
а – перемещение сечений от сечения №1 до сечения №4; б – полученный объект
Деталь может состоять из нескольких твёрдых тел. Над ними, в свою очередь, также могут производиться булевы операции
После создания основания тела производится «приклеивание» или «вырезание» дополнительных тел (рис. 1). Каждый из них представляет собой элемент, образованный при помощи перечисленных выше методов над простыми фигурами. При выборе типа операции нужно сразу указать, будет создаваемый элемент вычитаться из основного объёма или добавляться к нему. Примерами вычитания объёма из детали могут быть различные отверстия, проточки, канавки, шлицы, а примерами добавления объёма — бобышки, выступы, ребра.
Перед тем, как приступить к созданию модели, необходимо определить порядок её построения. Поэтому нужно приблизительно представлять конструкцию будущей детали. Также необходимо разбить деталь на составляющие её формообразующие элементы (параллелепипеды, призмы, цилиндры, конусы, торы, кинематические элементы и т.д.).
Несмотря на то, что построение можно начинать с любого элемента, чаще всего в первую очередь создают самый крупный из них. Порой общая форма детали такова, что проще всего получить её путём пересечения нескольких тел.
В некоторых случаях порядок проектирования детали можно спланировать, представив технологический процесс её изготовления. Так, например, операцию вращения можно представить как работы, проводимые при токарной обработке. Операции выдавливания – сверление, фрезерование, штамповка, сварка и литьё. Операции по сечениям и кинематические операции можно представить работами по протяжке, ковке, сварке, литью и штамповке.
