Построение твердотельных объектов с использованием AutoCAD: Учеб. Пособие

52 Pages·2007·1.825 MB·Russian

by  Гусев В.И., Гузненков В.Н., Седов Л.А., Тарасов В.В.

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана

ПОСТРОЕНИЕ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ AutoCAD
Рекомендовано редсоветом МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия
М о с к в а
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2 0 0 7
УДК 658.512.011(03)
ББК 30.2-5-05я20
П637
Рецензенты: В.Н. Гордиенко, В.В. Маничев
Построение твердотельных объектов с использованием
П637 AutoCAD: Учеб. пособие / В.И. Гусев, В.Н. Гузненков,
Л.А. Седов, В.В. Тарасов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Бау-
мана, 2007. – 52 с.: ил.
ISBN 978-5-7038-2993-6
Приведены сведения о построении элементарных твердотель-
ных объемных форм, из которых комбинируются сложные твердо-
тельные объекты; рассмотрена последовательность создания и ре-
дактирования сложного твердотельного трехмерного объекта.
Для студентов и преподавателей, работающих с графическим
пакетом AutoCAD в трехмерной среде.
Ил. 18. Библиогр. 4 назв.
УДК 658.512.011(03)
ББК 30.2-5-05я20
ISBN 978-5-7038-2993-6 © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007
ВВЕДЕНИЕ
Твердотельный объект (ТО), или тело, – это изображение
трехмерного (3D) объекта, хранящее, помимо всего прочего, ин-
формацию о его объемных свойствах. В отличие от всех остальных
моделей у ТО можно анализировать массовые свойства (объем, мо-
мент инерции, центр масс и т. п.). Следовательно, ТО наиболее пол-
но из всех типов 3D-моделей представляют моделируемые объекты.
Кроме того, ТО, несмотря на их кажущуюся сложность, легче стро-
ить и редактировать, чем каркасные модели и сети.
Данные о ТО могут экспортироваться в такие приложения,
как системы числового программного управления (ЧПУ) или ана-
лиза методом конечных элементов (МКЭ). ТО могут быть преоб-
разованы в элементарные типы моделей – сети и каркасные
модели. Строят ТО на базе элементарных форм: параллелепипе-
дов, конусов, цилиндров, сфер, торов и клиньев, а также выдав-
ливанием плоских (двумерных – 2D) объектов или вращением их
вокруг оси.
Сложные пространственные ТО создаются при комбинирова-
нии тел элементарной формы. Элементарные формы можно объе-
динять, вычитать и пересекать, т. е. брать только общую занимае-
мую несколькими телами часть объема.
Дальнейшая модификация осуществляется путем сопряжения
граней и снятия фасок. В программах AutoCAD также имеются
команды, с помощью которых ТО можно разрезать на части и по-
лучить его плоские сечения.
Построенные в аксонометрической проекции ТО имеют внеш-
ний вид, подобный виду проволочных моделей, до тех пор, пока к
ним не применены операции подавления скрытых линий, раскра-
шивания и тонирования.
В данном пособии, посвященном основным принципам работы
AutoCAD, рассмотрено построение как простых ТО, так и слож-
ных из простых, приведены конкретные примеры.
Предполагается, что студенты, приступающие к изучению дан-
ного пособия, знакомы с основными принципами работы на персо-
3
нальном компьютере в системе AutoCAD, знают команды черчения,
редактирования, умеют строить плоские фигуры.
1. ПОСТРОЕНИЕ ПРОСТЫХ ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ
1.1. Общие положения
Построение простых TO осуществляется с помощью следую-
щих команд:
параллелепипед – Box;
конус – Cone;
цилиндр – Cylinder;
шар (сфера) – Sphere;
тор – Torus;
клин – Wedge.
Каждая из этих команд может быть введена в командную строку
как непосредственно (путем набора на клавиатуре), так и с исполь-
зованием различных элементов экрана: падающего меню (ПМ)
(Draw (cid:198) Solids (cid:198) название ТО∗), панели инструментов (ПИ) Solids.
В случае отсутствия этой панели на экране для ее установки не-
обходимо войти в диалоговое окно (ДО) Customize (View (cid:198)
(cid:198) Toolbars) и этом окне выбрать вкладку Toolbars; появится одно-
именное окно, в котором, используя прокрутку, надо найти ПИ
Solids и пометить ее слева галочкой. После закрытия ДО на экране
останется ПИ Solids, которую можно разместить в любом удобном
для пользователя месте экрана. В Solids названия команд заменены
соответствующими изображениями геометрических фигур (пикто-
граммами), кроме того, каждая пиктограмма снабжена всплываю-
щей подсказкой. Если команда введена из ПМ или ПИ, то напоми-
нанием об этом служит нижний дефис перед названием команды.
Если команда набрана на клавиатуре, дефиса нет и для продолжения
построения необходимо сделать пустой ввод <Enter>.
При построении ТО необходимо помнить, что на ПК установ-
лена английская версия AutoCAD. Поэтому в процессе работы с
программой надо следить за тем, чтобы в панели задач была пик-
тограмма En.
Построение может проходить в установленной плоскости
проекции. Несмотря на то что изображение ТО на экране получа-
ется двумерным, объект в действительности является простран-

∗ Здесь и далее знак (cid:198) обозначает переход от пункта меню к подпункту.
4
ственным, просто в данном случае направление проецирования
строго совпадает с направлением взгляда на объект. Поэтому в
зависимости от выбранной для построения плоскости проекции
при вводе координат точек необходимо задавать недостающую
координату: для плоскости XY – координату Z, для XZ – Y, для
YZ – X. Координаты могут принимать как положительные, так и
отрицательные значения.
Чтобы увидеть результаты построения и проконтролировать
их, необходимо перейти к аксонометрической проекции, дающей
наиболее наглядное изображение ТО. Для этого, используя ПМ,
последовательно выполняют переходы: View (cid:198) 3D Viewpoint (cid:198)
(cid:198) (SW)isometric. Убедившись в правильности построения, надо
вернуться в плоскость XY: View (cid:198) 3D Viewpoint (cid:198) Plan View (cid:198)
(cid:198) World.
В результате проведенного перехода происходит регенерация
чертежа. Поэтому для окончательного восстановления первоначаль-
ных размеров необходимо выполнить команду Zoom с опцией All.
При построении ТО до тех пор, пока не выполнено их «обтя-
гивание поверхностью», они напоминают проволочные каркас-
ные модели. Поэтому в аксонометрической проекции вид таких
ТО, как цилиндр, конус, шар, тор, зависит от числа заданных об-
разующих (линий), представляющих их поверхность. Для изме-
нения числа образующих необходимо последовательно выбрать в
ПМ пункты Tools (cid:198) Options, откроется ДО Options, в котором
выбирают вкладку Display; в ней в правой верхней четверти под
названием Display Resolution в окне строки Contour lines per
surface устанавливают выбранное число образующих N, которое
в данном случае рекомендуется принимать равным 8–12. После
задания числа N надо внизу окна последовательно выполнить
команды Apply и OK.
Дальнейшее улучшение изображения достигается путем ис-
пользования команды Hide (ПМ (cid:198) View), которая удаляет неви-
димые линии, а для криволинейных поверхностей, кроме того,
создает ячеистый каркас; а также команды Gouraud Shade (ПМ (cid:198)
View (cid:198) Shade (cid:198) Gouraud Shade). Эта команда «обтягивает» ТО
поверхностью с соответствующей светотеневой обработкой. Для
большей наглядности можно изменить цвет тела, используя ко-
манду редактирования (ПМ (cid:198) Modify (cid:198) Properties).
Помимо вышеприведенных команд при построении простых
ТО применяются методы выдавливания и вращения, которые так-
же будут рассмотрены далее.
5
Кроме символа SW можно набирать и другие сочетания (SE,
NE, NW), которые определяют необходимое пользователю на-
правление осей координат в изометрической проекции. Выбор
UCS (User’s Coordinate System – пользовательской системы коор-
динат) может быть разным.
1.2. Построение параллелепипедов
При построении параллелепипеда его первоначальное положе-
ние таково, что выбранная в качестве основания грань параллельна
а б
Рис. 1
плоскости XY (рис. 1). В дальнейшем ее положение может быть
изменено с помощью команд редактирования Rotate и Move.
Построение параллелепипеда начинается с ввода команды Box:
Command: Box
Появляется сообщение
Specify corner of box or [CEnter] < 0,0,0 >:
Существует два варианта начала построения параллелепипе-
да. По умолчанию предлагается режим Specify corner of box, при
котором необходимо ввести координаты выбранной исходной
угловой точки параллелепипеда (точки 1 на рис. 1, а); но можно
использовать режим CEnter, выполняемый через опцию: задают-
ся координаты центра параллелепипеда (точки 1 на рис. 1, б).
Задание угловой точки. В ответ на пустой ввод <Enter> про-
исходит ввод координат точки 1, совпадающей с началом приня-
той системы координат (X = 0, Y = 0, Z = 0); иначе пользователю
надо самому ввести заданные координаты точки 1 (X1,Y1,Z1):
6
Specify corner of box or [CEnter] < 0,0,0 >: X1,Y1,Z1 <Enter>
После построения точки 1 в командной строке появляется сооб-
щение
Specify corner or [Cube/Length]:
Здесь по умолчанию вводятся координаты второй угловой точки.
При задании точки 2 надо иметь в виду, что если координата Z
остается постоянной (Z2 = Z1), то точка 2 будет противополож-
ной точке 1 по диагонали прямоугольника основания и на послед-
нем шаге построения необходимо будет задать высоту параллеле-
пипеда H:
Specify corner or [Cube/Length]: X2,Y2,Z1 <Enter>
Specify height: H <Enter>
Если координата Z2 отлична от Z1, то точка 2 (см. рис. 1, б)
будет расположена на противоположном от точки 1 конце диаго-
нали параллелепипеда, т. е. в этом случае H = |Z2 – Z1|. Построе-
ние на этом заканчивается:
Specify corner or [Cube/Length]: X2,Y2,Z2 <Enter>
Помимо задания координат второй угловой точки, можно вос-
пользоваться режимами Cube или Length.
В случае выбора режима Cube (построения куба) предвари-
тельно вводится опция c:
Specify corner or [Cube/Length]: с <Enter>
Задается длина ребра куба a:
Specify length: a <Enter>
Построение на этом закончено.
Выбор режима Length подразумевает последовательное зада-
ние трех размеров параллелепипеда: длины (вдоль оси X) L, ши-
рины (вдоль оси Y) W, высоты (вдоль оси Z) H:
Specify length: L <Enter>
Specify width: W <Enter>
Specify height: H <Enter>
Построение параллелепипеда на этом закончено.
Задание центра. Если начать построение с использования ре-
жима CEnter, то сначала необходимо ввести опцию сe:
7
Specify corner of box or [CEnter] < 0,0,0 >: ce <Enter>
Затем – координаты центра:
Specify center of box < 0,0,0 >: Xс,Yс,Zс <Enter>
Геометрический центр параллелепипеда – это точка пересече-
ния его диагоналей (см. рис. 1, б).
Далее по умолчанию предлагается ввести координаты любой
угловой точки параллелепипеда или использовать ранее рассмот-
ренные режимы Cube и Length:
Specify corner or [Cube/Length]: Xk,Yk,Zk <Enter>
Построение закончено.
Для визуализации построенного параллелепипеда необходимо
перейти в изометрическую плоскость.
Задание. Построить параллелепипед, в основании которого ле-
жит прямоугольник 150 × 100.
Центр прямоугольника имеет координаты X = 200, Y = 150.
Высота параллелепипеда равна 75.
1.3. Построение цилиндров
Твердотельные цилиндры (прямой круговой и прямой эллип-
тический) строятся командой Cylinder. Плоскости оснований та-
ких цилиндров параллельны между собой и перпендикулярны его
высоте (рис. 2).
Построение прямого кругового цилиндра начинается с ввода
команды Cylinder:
Command: Cylinder
Появляется сообщение:
Current wire frame density: ISOLINE = N
Здесь предлагается обратить внимание на фреймову плотность N –
число образующих на боковой поверхности конуса, которые будут
показаны в результате построения. Это делается для того, чтобы
еще до начала построения конуса при необходимости изменить это
число N.
В сообщении
Specify center point for base of cylinder or [Elliptical] < 0,0,0 >:
8
по умолчанию предлагается построить круговой цилиндр, для
которого необходимо задать точку 1 центра окружности основа-
ния (рис. 2, а) (по умолчанию в начале координат). Если цилиндр
а б
Рис. 2
имеет эллиптическое основание, необходимо воспользоваться
режимом построения эллипса.
Круговой цилиндр. Вводятся координаты точки 1:
Specify center point for base of cylinder or [Elliptical] < 0,0,0 >:
X1,Y1,Z1 <Enter>
Далее по умолчанию задается радиус окружности основания R:
Specify radius for base of cylinder or [Diametr]: R <Enter>
или через опцию d – диаметр D:
Specify radius for base of cylinder or [Diametr]: d <Enter>
Specify diametr for base of cylinder: D <Enter>
На последнем этапе построения задается высота цилиндра или
центр окружности его противоположного основания.
Если задать высоту цилиндра, то она будет параллельна оси Z,
а следовательно, его основания будут параллельны плоскости XY.
Если задать центр противоположного основания и при этом его
координаты X и Y не будут равны соответствующим координатам
исходного основания, то получится прямой круговой цилиндр с
наклонной осью по отношению к плоскостям проекций.
Таким образом, можно построить цилиндр с осью, параллель-
ной оси Z, и изменять его положение с помощью команд редакти-
рования, а можно построить цилиндр с уже заданным положением
в пространстве.
9
Зададим высоту H (см. рис. 2, а):
Specify height of cylinder or [Center of other end]: H <Enter>
Зададим координаты центра второго основания – точки 5 (рис. 2, б):
Specify height of cylinder or [Center of other end]: c <Enter>
Center of other end: X5,Y5,Z5 <Enter>
Эллиптический цилиндр. Его построение начинается с по-
строения эллипса основания.
Если строится эллиптический цилиндр, то надо ввести опцию e
уже на первом шаге построения:
Specify center point for base of cylinder or [Elliptical] < 0,0,
0 >: e <Enter>
Эллипс строится путем задания его осей (или полуосей). Это
можно сделать двумя способами: начать построение либо через
одну из крайних точек одной из осей эллипса, либо через центр
эллипса.
Если выбран первый способ, по умолчанию вводятся координа-
ты конечной точки одной из осей эллипса (точки 2, см. рис. 2, а):
Specify axis endpoint of ellipse for base of cylinder or [Center]:
X2,Y2,Z2 <Enter>
Далее вводятся координаты второй конечной точки этой же
оси (точки 3):
Specify second axis endpoint of ellipse for base of cylinder: X3,
Y3,Z3 <Enter>
Размер второй оси эллипса задается через одну из ее конечных
точек (точку 4):
Specify length of other axis for base of cylinder: X4,Y4,Z4 <Enter>
Построение же эллипса через центральную точку начинается с
ввода опции c:
Specify axis endpoint of ellipse for base of cylinder or [Cen-
ter]: c <Enter>
Далее вводятся координаты центральной точки 1 (по умолча-
нию она окажется в начале координат):
Specify center point of ellipse for base of cylinder < 0,0,0 >:
X1,Y1,Z1 <Enter>
10