Деграве В.С., Клюкин В.Ю., Полищук М.Н. Проектирование и моделирование промышленных изделий. Часть 1

Подождите немного. Документ загружается.

Федеральное агенство по образованию

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.С. Деграве В.Ю.Клюкин М.Н.Полищук

Проектирование и моделирование

промышленных изделий.

часть 1. Автоматизация проектирования

на базе САПР SolidWorks

Учебное пособие

Санкт-Петербург

Издательство Политехнического университета

2005

УДК 628.327.1(075.8)

ББК 30.2-5-05я73

Д 509

Д е г р а в е В. С., К л ю к и н В. Ю., П о л и щ у к М. Н. Проектирование и

моделирование промышленных изделий. Часть 1. Автоматизация проектирования

на базе САПР SolidWorks.: Уч. пособие. СПб.: Изд-во Политехн. ун-

та, 2005. 80 с.

ISBN5-7422-0414-X

Учебное пособие соответствует дисциплине «Проектирование и моделирование

промышленных изделий» государственного образовательного стандарта специально-

сти 070601 «Дизайн».

Приведено краткое описание основных способов работы в системе автоматизи-

рованного проектирования SolidWorks. Даны методические рекомендации по созда-

нию деталей, сборочных единиц и чертежей. Приведены примеры создания фотореа-

листических изображений при помощи PhotoWorks. Теоретические

сведения иллюст-

рируются примерами, относящимися к созданию узла задней подвески автомобиля.

Для контроля усвоения материала студентам предлагается самостоятельно выполнить

ряд упражнений.

Предназначено студентам механико-машиностроительного факультета, изу-

чающим дисциплины «Проектирование и моделирование промышленных изделий»,

«Проектирование мехатронных систем», «Проектирование роботов и робототехниче-

ских систем» в рамках инженерной подготовки.

Табл. 2. Ил. 97.

Библиогр.: 5 назв.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Санкт-Петербург-

ского государственного политехнического университета.

ISBN5-7422-0414-X политехнический университет, 2005

ВВЕДЕНИЕ

Необходимым аспектом подготовки грамотного специалиста является

обучение возможностям, которые предоставляют программные средства. В ча-

стности, любой инженер, занимающийся проектной деятельностью, будь то ди-

зайнер или конструктор, должен свободно владеть графическими редакторами

чертежей, знать системы объемного геометрического моделирования, уметь

применять методы параметрического моделирования деталей и сборочных

единиц, рассчитывать конструкции методом

конечных элементов и т.д.

Одной из наиболее перспективных и быстро развивающихся систем ав-

томатизированного проектирования, основанных на твердотельном параметри-

ческом моделировании, в настоящее время считается SolidWorks. Его характер-

ными чертами являются разнообразие способов создания твердотельных пара-

метрических моделей, управляемая размерами геометрия, поддержка библиотек

стандартных элементов машиностроения, автоматическая генерация чертежей

на

основе трехмерных моделей, работа со сборочными единицами, удобный

графический пользовательский интерфейс, наличие средств обмена данными с

другими системами и др. Это позволяет создавать чертежи и трехмерные моде-

ли, которые могут быть переданы в системы инженерных расчетов или в систе-

мы генерации управляющих программ для станков с ЧПУ, а также получать

полностью законченные рабочие чертежи деталей или полное описание сбо-

рочных единиц. Чертежи совместно с твердотельными моделями можно затем

экспортировать в автоматизированные системы технологической подготовки

производства. В результате, на базе SolidWorks можно создавать интегрирован-

ные комплексы автоматизации процессов проектирования – инженерного ана-

лиза – технологической подготовки производства.

Учитывая, что в различных CAD-системах используются сходные

прин-

ципы и подходы, студенты, изучив и освоив SolidWorks на основе предлагаемо-

го учебного пособия, не только узнают эти принципы, но и получат практиче-

ские навыки создания объемных параметрических моделей деталей и узлов, а

также оформления чертежей. Кроме того, в первую часть пособия включено

знакомство с основными способами создания реалистических

изображений из-

делий с помощью PhotoWorks. Во второй части пособия рассматриваются во-

просы инженерного анализа конструкций, моделирования физических процес-

сов и генерирования управляющих программ для станков с ЧПУ.

1. НАЗНАЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ SOLIDWORKS

SolidWorks – система твердотельного параметрического моделиро-

вания, оперирующая с деталями, «сборками» и чертежами. Создание геометрии

модели в SW производится на основе деталей. Сборочные единицы задаются

путем сопряжения деталей, а чертежи генерируются автоматически по имею-

щимся моделям деталей или сборочных единиц.

Детали строятся из элементов. Элементами могут быть

формы

(бобышки, вырезы, отверстия) и операции (скругления, фаски, оболочки).

Большинство элементов создается на основе эскизов. Эскиз – это двухмер-

ный профиль или поперечное сечение. При построении элементов эскизы вытя-

гивают, поворачивают, рассекают или смещают по контуру. Используя приня-

тую в САПР терминологию, можно сказать, что основными способами созда-

ния параметрических элементов

твердого тела в SW являются:

• вытяжка плоского контура по прямой направляющей с заданным углом ее

наклона (Extrude + Draft Angle);

• вращение плоского контура вокруг оси (Revolve);

• построение объемной модели по сечениям (Loft);

• протяжка контура вдоль произвольной кривой (Sweep);

• генерация полостей для образования тонкостенных конструкций (Shell);

• построение неравномерных

фасок и перекрывающихся скруглений постоян-

ного и переменного радиуса (Chamfer, Fillet/Round);

• импортирование поверхностей из файлов различных форматов.

Пользовательский интерфейс SW полностью соответствует стандартам

Microsoft Windows. Предоставляемые пакетом возможности можно разделить на

две основные группы. К первой относятся ставшие уже стандартными:

• настраиваемая система меню и панели инструментов (рис. 1);

• многооконный интерфейс (одновременная

работа с несколькими моделями);

• вырезание и вставка геометрических объектов через буфер;

• поддержка OLE-технологии;

• запись и воспроизведение макрокоманд;

• система контекстно-зависимой помощи.

Ко второй группе относятся специфические возможности SW, ориентиро-

ванные на геометрическое моделирование:

• быстрое создание проекций и видов;

• работа в режиме удаления невидимых линий или тонирования изображения;

• анализ и управление структурой детали и историей ее создания (Feature

Manager);

• система интеллектуальных запросов и подсказок при создании геометрии;

• управляемые событиями операции;

• объектная привязка.

Рис. 1

Эти возможности позволяют работать с моделью детали как с реальным

твердым телом. Затененную реалистичную модель можно перемещать, вращать

в пространстве, выделять видимые или невидимые грани и т.д.

Окна документов SW имеют две панели: дерево конструирования Feature

Manager и графическую область. В графической области выполняются опера-

ции создания, модификации, представления детали,

сборочной единицы или

чертежа, в дереве конструирования отображается структура документа.

При задании геометрии детали в командах SW используются исходная

точка, ось, плоскость, вершина, кромка, грань (рис. 2).

Деталь

Сборка

Чертеж

Дерево

конструирования

Рис. 2

Дерево конструирования (Feature Manager) отража-

ет взаимосвязи графических элементов, составляющих деталь, и наглядно пред-

ставляет последовательность ее создания. Дерево конструирования позволяет:

• выбирать элементы модели по имени для дальнейших операций;

• определять и изменять последовательность создания элементов в модели;

• отображать или скрывать размеры элементов и примечания;

• переименовывать элементы;

• гасить

и скрывать выделенные элементы;

• временно возвращать модель в предыдущее состояние с помощью полосы

отката;

• добавлять новые или редактировать существующие уравнения связей между

элементами модели;

• переключаться между списком элементов и списком именованных конфигу-

раций модели.

Кроме наименований элементов в дереве конструирования используются

специальные символы для обозначения:

• →

– внешней ссылки (т.е. геометрической зависимости, существующей в

другой детали);

• + – сложного элемента (включающего другие элементы или созданного

на основе других элементов);

• (+) – переопределенных эскизов (переопределенных компонентов СЕ);

• (-) – недоопределенных эскизов (недоопределенных компонентов СЕ);

• (?) – положения компонента СЕ, которое не может быть определено;

• (f) – зафиксированного положения компонента СЕ;

• <n> – нескольких (n) одинаковых элементов в СЕ;

• ! – наличия проблемы и элемента, из-за которого произошла ошибка;

• . – необходимости перестраивания объекта после внесения изменений.

2. ЭСКИЗЫ

Большинство элементов SW основывается на эскизах. Новый

эскиз от-

крывается нажатием кнопки Эскиз или командой главного меню Вставка

→

Эскиз. При этом на указываемой пользователем плоскости (по умолчанию Спе-

реди) открывается эскиз, и активизируются панели инструментов: Эскиз,

Взаимосвязи эскиза (рис. 3), Инструменты эскиза (рис. 4).

Рис.3

Рис. 4

Инструменты панели Эскиз действуют на эскиз в целом:

• Выбрать – выбирает объекты эскиза;

• Масштабная сетка – настраивает масштабную сетку (отображение сет-

ки, интервал, привязка к узлам);

• Эскиз – открывает и закрывает эскиз;

• Изменить – перемещает, вращает или масштабирует эскиз.

Инструменты панели Взаимосвязи эскиза используются для нанесения

размеров, определения объектов

эскиза, добавления и отображения взаимосвя-

зей между ними:

• Размер – создает размеры;

• Добавить взаимосвязи – добавляет взаимосвязи (параллельность, пер-

пендикулярность и т.д.) между элементами эскиза;

• Отобразить/Удалить взаимосвязи – отображает взаимосвязи элементов

эскиза, назначенные вручную или автоматически, и удаляет ненужные;

• Найти равные – отображает элементы одинаковой длины

или радиуса,

позволяет создать взаимосвязи между элементами одинаковой длины.

Панель Инструменты эскиза состоит из трех частей. В первой части соб-

раны команды создания элементов эскиза: точка, линия, прямоугольник, пра-

вильный многоугольник, осевая линия и т.д. (эти же команды можно выполнить

из меню Инструменты

→

Объекты эскиза). На второй части панели Инстру-

менты эскиза (и в пункте меню Инструменты

→

Инструменты эскиза) распо-

ложены инструменты, позволяющие выполнить операции (рис.4):

• Отсечь – отсекает или удлиняет элемент эскиза.

• Удлинить – удлиняет элемент эскиза;

• Скругление – создает касательную дугу в месте пересечения двух эле-

ментов эскиза, образуя угол;

• Преобразование объектов – создает на эскизе кривые путем проециро-

вания кромки, грани, внешнего

контура и др. на плоскость эскиза;

• Смещение объектов – выполняет смещение кривых эскиза от выбранной

кромки, грани, внешнего контура и др. на указанное расстояние;

• Зеркальное отражение – создает копии элементов эскиза путем их

зеркального отражения относительно осевой линии;

• Вспомогательная геометрия − преобразует элементы эскиза (линии, ду-

ги и

т.д.) во вспомогательную геометрию;

• Эскиз вдоль линии пересечения тел;

• Кривая разъема.

На третьей части панели Инструменты эскиза и в пункте меню Инстру-

менты

→

Инструменты эскиза имеются еще два инструмента:

• Прямоугольный массив − создает прямоугольный массив из выбранных

элементов;

• Круговой массив − создает круговой массив из выбранных элементов.

Когда эскиз редактируется, активизируются панели инструментов эскиза,

в строке состояния отображается информация о том, все ли его элементы опре-

делены, а также координаты курсора.

По умолчанию эскиз открывается на плоскости Спереди. Предварительно

выделив соответствующий элемент в графической области, можно создать но-

вый эскиз на любой плоскости или грани детали. Пункт

Перпендикулярно в ме-

ню Ориентация вида (или кнопка панели инструментов Стандартные ви-

ды) позволяет расположить эскиз в плоскости экрана.

Исходная точка на активном эскизе отображается красным цветом.

Относительно исходной точки можно указывать размеры элементов или уста-

навливать с ней взаимосвязи. По умолчанию в окне эскиза SW отображается

масштабная сетка, которая служит удобным ориентиром при создании эскиза.

Параметр Привязка к узлам сетки помогает создавать точные размеры и линии.

В процессе работы

форма курсора изменяется в зависимости от его положения

относительно элементов эскиза и геометрических взаимосвязей, применяемых

автоматически. Например,

– курсор конечной точки, курсор на кривой, курсор

средней точки, курсор точки пересечения;

– курсор дуги, дуга 90°, дуга 180°, дуга 270°;

– курсоры инструментов: прямоугольника, окружно-

сти, сплайна, точки;

– курсоры инструментов: отсечь,

удлинить, размер.

Кроме того, SW отслеживает выполняемое действие и отображает линии

формирования, позволяющие выравнивать создаваемые элементы эскиза отно-

сительно уже существующих.

Эскиз может создаваться «с нуля» или путем модификации ранее создан-

ного. В любом случае последовательно выполняются операции добавления но-

вых элементов или преобразования имеющихся. Можно также вырезать (или

копировать) и

вставлять один или несколько объектов эскиза, как из одного эс-

киза в другой, так и внутри одного эскиза путем перетаскивания. Выбор, пере-

мещение или копирование можно выполнять, как обычно, с помощью клавиш

(Ctrl, Shift) или буфера обмена.

На начальном этапе работы можно «набросать» эскиз, не заботясь о точ-

ности размеров

и связей. В дальнейшем эскиз может быть откорректирован пу-

тем задания размеров и дополнительных взаимосвязей (параллельность, каса-

ние, перпендикулярность и т.д.) между геометрическими примитивами. Точно

так же при создании контуров не обязательно сразу ограничивать их парамет-

рами. Это можно сделать позже, даже если на основе этих контуров уже созда-

на твердотельная модель. Отметим, что синий цвет элементов эскиза свиде-

тельствует о том, что соответствующий элемент недоопределен (неполностью

заданы размеры или связи), а красный – о его переопределении (лишние разме-

ры или связи). Правильно и однозначно заданный элемент отображается на эс-

кизе черным цветом.

Для редактирования эскиз выбирают в графической области или в дереве

конструирования. В графической зоне нажимают правой клавишей мыши на

грань элемента с одним эскизом или на объект эскиза на детали (когда эскиз не

активен). Можно воспользоваться другими способами: нажать правой клави-

шей мыши на имя эскиза в дереве конструирования и выбрать

пункт Редакти-

ровать эскиз контекстного меню или выполнить команду Правка

→

Эскиз

главного меню. Редактирование может осуществляться путем добавления,

удаления или перетаскивания объектов эскиза, изменения размеров, изменения

или добавления взаимосвязей и т.д.

Размеры в эскизе задаются одним из двух способов: указанием одного

элемента эскиза, размер которого необходим, или двух элементов, между кото-

рыми необходимо создать размер (например, угол). После указания элементов

размещают размерную надпись в желаемом месте нажатием левой кнопки мы-

ши, а затем вводят численное значение размера. Отметим, что вид представле-

ния размеров на эскизе (на полке, укороченный радиус и т.д.) не имеет особого

значения, хотя и может быть настроен желаемым образом.

Пример 1. Создание эскиза детали.

Опишем процедуру

построения одного из эскизов, которые используются

при создании детали «Стакан» (рис. 5).

Рис. 5 Рис. 6

1. Запустим программу SolidWorks двойным щелчком по пиктограмме на рабо-

чем столе или командой Пуск

→

Программы

→

SolidWorks.

2. Создадим новую деталь, выполнив команду Файл

→

Создать

→

Деталь и

сохраним ее в файле стакан.sldprt. Перейдем к подготовке первого эскиза (рис.

6).