Инженерное проектирование в средах CAD. Геометрическое моделирование средствами системы «КОМПАС-3D»

239 Pages·8.727 MB·Russian

by  А. А. Максимова

ИЙ КСРИБИСФВДЕРАЛЬНЫИ ЕТ ТИСРЕВИНУ
SIBERIflfl FEDERAL UfllVERSITY
>
>
>
о А. А. Максимова
о
со
>
Описаны структурные возможности и интерфейс систе­ ИНЖЕНЕРНОЕ
мы «КОМПАС-30» в области машиностроения. Подробно
рассмотрены вопросы трехмерного (3D) и двумерного (2D) ПРОЕКТИРОВАНИЕ
параметрического и непараметрического моделирования
объектов машиностроения, а также возможности оформле­ "О В СРЕДАХ CAD
ния конструкторской документации средствами системы О
«КОМПАС-30» в соответствии со стандартами ЕСКД. Проана­
лизированы приемы работы с объектами библиотек систе­ "О ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
мы, приведены примеры с иллюстрациями. о
СРЕДСТВАМИ СИСТЕМЫ «КОМПАС-ЗР»
"О
о
со Учебное
>
пособие
УМО
со
о
"О
m
>
X
о
>
Министерство образования и науки Российской Федерации
Сибирский федеральный университет

А. А. Максимова

ИНЖЕНЕРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
В СРЕДАХ CAD

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
СРЕДСТВАМИ СИСТЕМЫ «КОМПАС-3D»

Рекомендовано федеральным государственным бюджетным образо-
вательным учреждением высшего профессионального образования «Мос-
ковский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана»
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 09.03.01 – «Ин-
форматика и вычислительная техника», 15.03.01 – «Машиностроение»,
15.03.05 – «Конструкторско-технологическое обеспечение машинострои-
тельных производств», № 05.03.01-06/50 от 12 мая 2015 г.

Красноярск
СФУ
2016
УДК 004.925.8:74(07)
ББК 30.112я73
М171

Максимова, А. А.
М171 Инженерное проектирование в средах CAD. Геометрическое
моделирование средствами системы «КОМПАС-3D» : учеб. по-
собие / А. А. Максимова. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2016. –
238 с.
ISBN 978-5-7638-3367-6

Описаны структурные возможности и интерфейс системы «КОМПАС-
3D» в области машиностроения. Подробно рассмотрены вопросы трехмер-
ного (3D) и двумерного (2D) параметрического и непараметрического моде-
лирования объектов машиностроения, а также возможности оформления
конструкторской документации средствами системы «КОМПАС-3D» в со-
ответствии со стандартами ЕСКД. Проанализированы приемы работы с объ-
ектами библиотек системы, приведены примеры с иллюстрациями.
Предназначено для студентов направлений подготовки бакалавров
09.03.01 – «Информатика и вычислительная техника», 15.03.01 – «Машино-
строение», 15.03.05 – «Конструкторско-технологическое обеспечение маши-
ностроительных производств».

Электронный вариант издания см.: УДК 004.925.8:74(07)
http://catalog.sfu-kras.ru ББК 30.112я73

ISBN 978-5-7638-3367-6 © Сибирский федеральный
университет, 2016
ВВЕДЕНИЕ

Процесс разработки и изготовления сложного изделия машинострое-
ния – это длительный процесс проектирования и конструирования, со-
стоящий из нескольких стадий, включающий в себя также достаточно до-
рогостоящий цикл подготовки производства. Современный уровень
программных и технических средств электронной вычислительной техни-
ки позволяет перейти от традиционных ручных методов проектирования
и конструирования к новым технологиям с использованием современных
систем автоматизированного проектирования (САПР).
Использование современных САПР в области машиностроения по-
зволяет существенно сократить сроки конструкторского и технологическо-
го проектирования, радикально повысить качество выпускаемой продук-
ции и получить возможность быстрого освоения необходимой рынку
новой продукции.
Современные САПР – это системы, позволяющие решать все задачи
технической подготовки производства: от внешнего (концептуального)
проектирования до выпуска чертежей, спецификаций, текстовой конструк-
торской документации, схем и управляющих программ для станков с чи-
словым программным управлением (ЧПУ).
Например, система CATIA система CAD/CAM/CAE/PDM/ERP/
CRM-технологий, комплексная программа автоматизированного проекти-
рования, где модуль CAD конструкторский; CAM технологической
подготовки производства; CAE инженерного анализа, PDM автомати-
ческого управления документооборотом, модули ERP/CRM модули
управления производством, взаимодействия с субподрядчиками и органи-
зации поставок и продаж.
Современные системы автоматизированного проектирования по-
зволяют конструктору работать как по старой (традиционной) технологии
проектирования, используя ЭВМ как электронный кульман, где цен-
тральное место занимает чертеж (рис. В.1), так и по новой (более удоб-
ной) технологии, базирующейся на трехмерном представлении проекти-
руемого объекта. К таким системам относится и отечественная САПР
«КОМПАС-3D».
В последнее время все более утверждается другой подход к автомати-
зации конструкторской деятельности, базирующийся на создании трехмер-
ных геометрических представлений проектируемых объектов (рис. В.2).
Трехмерная визуализация позволяет существенно уменьшить число
ошибок при проектировании, оценить правильность взаимодействия дета-
лей в сборке и проверить поведение модели под нагрузкой. Именно к та-
3
ким САПР относится программа Solid Works – первая программа автома-
тизированного проектирования средней стоимости в области машино-
строения, обладающая полным набором функциональных средств для соз-
дания трехмерных моделей твердых тел деталей и сборок.
Средствами современных САПР в трехмерном пространстве объект
может быть представлен в виде твердотельной, каркасной (проволочной)
или поверхностной модели, т. е. описан поверхностями, имеет сложную
геометрическую форму, например кузов легкового автомобиля.
В большинстве случаев геометрию объекта в трехмерном пространстве
можно описать в виде твердотельной модели.

Производство
Решение
Мысленный образ
Чертеж геометрических задач
оригинала

Обратная связь

Рис. В.1. Схема традиционной технологии проектирования

Чертеж
Производство
Трехмерная Решение
Мысленный образ
модель геометрических задач
оригинала
Обратная связь

Рис. В.2. Схема новой технологии проектирования
4
Модель твердого тела (3D) – это трехмерная модель объекта, обла-
дающая плотностью и массой.
Автоматизация подготовки производства дает возможность предприяти-
ям быстро реагировать на изменение спроса, в короткие сроки выпускать но-
вые виды продукции, быстро модернизировать выпускаемую продукцию, от-
слеживать жизненный цикл изделий, эффективно повышать качество изделий.
В связи с большим количеством различных систем автоматизирован-
ного проектирования, предлагаемых рынком для нужд машиностроения
в настоящее время, все большую актуальность приобретают вопросы, свя-
занные с оптимальным выбором конкретных программ, а также со страте-
гией их внедрения. Выбор оптимальной САПР играет немаловажную роль
в обеспечении конкурентоспособности предприятия. Как правило, даже
небольшое предприятие использует сегодня несколько CAD/CAM-систем
разных уровней (в зависимости от типа и сложности проектируемых изде-
лий и экономических задач). Для крупных машиностроительных предпри-
ятий существенную роль играют такие параметры, как:
цена;
функциональные возможности;
возможности параметризации и ассоциативности;
возможность интеграции и обмена данными с другими программами;
совместимость с технологическим оборудованием;
наличие средств разработки прикладного программного обеспечения;
удобство интерфейса;
наличие русскоязычной справочной документации;
динамичность развития системы.
Немаловажно отметить, что перед принятием решения о выборе сис-
темы необходимо оценить потребности предприятия в средствах конст-
руирования, дизайна, технологической подготовки производства, инже-
нерного анализа и сопоставить эти потребности с решениями,
предлагаемыми различными фирмами-интеграторами САПР. Необходим
также соответствующий уровень оснащения предприятия вычислительной
техникой, а также квалифицированными специалистами. Основным требо-
ванием, предъявляемым сегодня к молодым специалистам, является владе-
ние основами работы в современных системах автоматизированного про-
ектирования и подготовки производства.
Поэтому перед вузами стоит задача научить студента – будущего
специалиста работе с данными системами – критериям выбора оптималь-
ной САПР:
соотношение цена/возможности;
русификация системы;
параметризация и ассоциативность;
удобство использования;
5
связь дисциплин, базирующихся на САПР, с дисциплинами обще-
технической и специальной подготовки;
соответствие имеющейся в вузе САПР тем системам, которые при-
меняются на предприятиях города, края.
Для автоматизации проектно-конструкторских работ с использова-
нием ЭВМ возможны несколько способов получения графического изо-
бражения объекта машиностроения, т. е. основного документа конструкто-
ра – чертежа:
графическое редактирование или двумерное 2D-моделирование;
получение чертежа по трехмерной 3D-модели объекта;
графическое программирование;
параметризованное проектирование на базе 2D- или 3D-моделиро-
вания.
Режим графического редактирования, или 2D-моделирование, наи-
более близок тому стилю работы, к которому привык конструктор: обыч-
ный кульман с набором чертежных инструментов заменяется электронным
кульманом. При работе в данном режиме чертеж создается при помощи от-
рисовки стандартных примитивов, заложенных в используемой системе
(отрезок, дуга, окружность и т. п.). Практически каждую линию 2D-чертежа
конструктор должен провести сам, но только с использованием новых
инструментов. Трудоемкость выпуска чертежей данным способом или
не снижается или снижается незначительно.
Наиболее популярным средством автоматизации проектирования в
машиностроении в режиме двумерного проектирования является универ-
сальная графическая система AutoCAD, разработанная фирмой Autodesk.
Данная программа используется на российском рынке с 1980 года и полу-
чила широкое распространение.
Трехмерная визуализация объекта и получение чертежа по 3D-модели
наиболее эффективны при условии работы в режиме параметризации.
Получение чертежа в режиме графического программирования зна-
чительно отличается от двух предыдущих режимов автоматизации. Графи-
ческая программа сокращает время работы конструктора в несколько раз,
но для этого необходимо написать программу построения чертежа, напри-
мер на языке AutoLISP для системы AutoCAD, затратив на это время, мно-
го большее, чем если бы данный чертеж создавался при помощи графиче-
ского редактора. Поэтому графическое программирование дает эффект
в тех случаях, когда проектируется большое количество однотипных объ-
ектов, различающихся незначительно, например значениями размеров или
вариантами исполнений. Кроме того, конструктор должен быть одновре-
менно и программистом. На практике же для эффективной автоматизации
обычно эти функции разделяют: опытный конструктор ставит задачу, а во-
площает еѐ специалист по программированию.
6
Процесс автоматизированного параметрического проектирования
значительно сокращает процесс проектирования (в отличие от двумерного
моделирования) и не столь сложен в сравнении с графическим программи-
рованием. Чертеж в данном режиме выполняется не в виде набора линий,
а в виде математической модели с параметрами, при изменении которых
происходит изменение конфигурации детали, т. е. создается один чертеж
на несколько модификаций детали или сборки, что позволяет также эко-
номить память ЭВМ и сокращает время создания изделия. Может изме-
няться состав изделия, задаются различные расчетные зависимости эле-
ментов создаваемого объекта, что позволяет избежать ошибок и повышает
эффективность работы.
Для параметрического проектирования и создания чертежей в соот-
ветствии с ЕСКД отечественная фирма АО «Топ Системы» предлагает
программу T-Flex CAD. Отличительной особенностью данной программы
в сравнении с известными зарубежными и российскими САПР является
простота и удобство создания параметрических чертежей любой сложно-
сти, что не требует навыков программирования, а только знаний предмет-
ной области и навыка работы в данной системе. Все параметры чертежа
могут быть выражены с помощью обычных переменных, рассчитаны по
формулам, или выбраны из баз данных.
К отечественным системам автоматизированного проектирования
относится и система «КОМПАС-3D». Разработчиком данной системы яв-
ляется фирма «АСКОН», г. Санкт-Петербург, основанная в 1989 году.
Достоинства данной системы:
небольшая стоимость в сравнении с зарубежными программами ана-
логичного назначения;
возможность создания и оформления конструкторской документа-
ции в соответствии со стандартами ЕСКД;
наличие модуля 2D-моделирования деталей и сборок;
наличие модуля 3D-моделирования деталей и сборок;
возможность параметрического 2D- и 3D-проектирования;
наличие библиотек машиностроительных материалов;
наличие 2D- и 3D-библиотек объектов машиностроения: редукторы,
электродвигатели, подшипники, манжеты, крепежные изделия, пру-
жины и т. п;
наличие конструктивных 2D- и 3D-элементов: канавки, проточки,
места под головки винтов, болтов, элементы отверстий, пазов и т. п.;
наличие модуля расчета механических передач: зубчатых цилиндри-
ческих, конических, червячных, цепных, ременных;
наличие модуля расчета и построения 3D-модели объекта механиче-
ской передачи (например, расчет и автоматическое построение ци-
линдрического зубчатого колеса, вала-шестерни и т. п.);
7
наличие библиотеки изображений и конструктивных элементов
сварных швов и библиотек других объектов, используемых в маши-
ностроительном проектировании.
Перечисленные достоинства системы «КОМПАС-3D» позволяют кон-
структору-машиностроителю проектировать как по старой традиционной, так
и по новой (современной) технологии проектирования. Инструментарий сис-
темы «КОМПАС-3D» дает возможность получить основной документ конст-
руктора-машиностроителя – чертеж – как минимум тремя способами,
а именно: способом 2D-проектирования, созданием чертежа по 3D-модели
объекта и в результате параметрического 2D- и 3D-проектирования.
8
1. ИНТЕРФЕЙС СИСТЕМЫ «КОМПАС-3D»

Система «КОМПАС-3D» это программное приложение, разрабо-
танное под ОС Windows, поэтому и по внешнему виду рабочее окно сис-
темы и набор элементов интерфейса практически не отличаются от других
приложений, работающих под ее управлением.

1.1. Набор элементов интерфейса системы «КОМПАС-3D»

Интерфейс системы «КОМПАС-3D» включает следующие элементы:
главное меню (состав пунктов главного меню зависит от типа разра-
батываемого документа: чертеж, фрагмент, 3D-модель);
инструментальные панели с кнопками-пиктограммами вызова команд;
компактная панель содержит несколько инструментальных пане-
лей и кнопки переключения между ними, состав компактной панели
зависит от типа создаваемого документа;
панель свойств служит для настройки свойств объекта при его соз-
дании или редактировании, т. е. позволяет управлять процессом вы-
полнения команды;
строка сообщений содержит пояснения к текущей команде;
дерево документа – отображает порядок создания чертежа (модели)
и связи между элементами объекта и его компонентами;
менеджер библиотек служит для работы с КОМПАС-библио-
теками.
Заголовок и главное меню системы постоянно присутствуют на эк-
ране (рис. 1.1).
Вывод на экран элементов интерфейса (компактная панель, дерево
построения, панель свойств и др.) пользователь осуществляет сам из меню
«Вид»:
«Вид» → «Дерево построения»;
«Вид» → «Строка сообщений»;
«Вид» → «Панели инструментов».

9