ВНЕДРЕНИЕ АЛГОРИТМА СОЗДАНИЯ 3D - ДИНАМИЧЕСКИХ БЛОКОВ В УЧЕБНЫЙ КУРС «КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА» НА ПРИМЕРЕ БЛОКА ДЕТАЛИ ОСНАСТКИ ДЛЯ ЭМО

Параметрическое моделирование (параметризация) — моделирование (проектирование) с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметрическое моделирование существенно отличается от обычного двумерного черчения или трёхмерного моделирования. Конструктор в случае параметрического проектирования создаёт математическую модель объектов с параметрами, при изменении которых происходят изменения конфигурации детали, взаимные перемещения деталей в сборке и т. п.

Параметризация позволяет быстро внести требуемые заказчиком корректировки в чертежи, с помощью изменения параметров или геометрических соотношений различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок при проектировании.

Целями научного исследования, проводимого нами являются:

- демонстрация преимуществ параметризации на примере создания 3D динамического блока детали державки «Коромысло»;

- внедрение в учебный процесс параметрического моделирования путём создания прикладного алгоритма построения динамического 3D блока.

Это позволит приблизить курс «Компьютерная графика» к прикладным задачам геометрического моделирования. А также практически применять студентами полученные навыки построения параметрических моделей, динамических блоков в дальнейшей учебной деятельности и в будущей практической деятельности на производстве.

Актуальность исследуемой проблемы обусловлена расширением технологий САПР на рынке программных продуктов и в практических сферах деятельности.  Необходимостью разработки динамических блоков узкоспециализированных деталей машин и оборудования. А также необходимостью обработки уже существующих электронных чертежей и чертежей, хранящихся на бумажных носителях.

С целью обучения студентов младших курсов и внедрения в учебный процесс параметрического моделирования, нами была выбрана не сложная деталь «Коромысло» и разработан прикладной алгоритм создания её 3D динамического блока.

Заказчик часто предлагает внести изменения в ранее уже разработанные чертежи, либо разработать чертежи похожих по типу деталей, но с различными размерами. Предоставляя, например, нижеприведённые эскизы (рис. 1). Как видно, детали похожи, но имеют разные межосевые расстояния и габаритные размеры.

Рисунок 1. Эскизы заказчика детали «Коромысло»

2.2. Алгоритм создания 3D динамического блока

1. Чертим 2D эскиз исходной детали на плоскости, используя инструменты Полилиния, Окружность и Отразить зеркально (рис. 2).

Рисунок 2. 2D чертеж детали

Дополнительно чертим среднюю вертикальную линию для дальнейшей помощи в правильной работе блока.

2. Создаем блок (рис. 3) с помощью инструмента вкладки Вставка Создать блок. В появившемся окне задаем желаемое имя блока, указываем базовую точку (рис. 4), выделяем все объекты, нажимаем ОК (рис. 5).

Рисунок 3. Инструмент Создать блок

Рисунок 4. Задание базовой точки

Рисунок 5. Задание параметров для создания блока

3. Таким образом, попадаем в раздел Редактор блоков, в который мы можем зайти в любой момент с помощью инструмента Редактор блоков (рис. 6).

Рисунок 6. Инструмент Редактор блоков

4. Устанавливаем на чертеже размерные зависимости таким образом, чтобы все параметры детали зависели от ее длины и ширины (рис. 7). Мы использовали зависимости по диаметру, Горизонтальность и Вертикальность.

Рисунок 7. Пример нанесения Размерных зависимостей

5. Наносим геометрические зависимости, которые помогают сохранить форму детали при изменении ее параметров (рис. 8). Накладываем геометрические зависимости Коллинеарность, Симметрия, Фиксация, Горизонтальность, Вертикальность, Перпендикулярность.

Рисунок 8. Пример нанесения Геометрических зависимостей

Центральная линия была использована как вспомогательная с помощью команды Вспомогательная геометрия (рис. 9).

Рисунок 9. Вспомогательная геометрия

6. Через диспетчер параметров зависимостей (рис. 10), который по умолчанию является перечнем всех уже нанесённых размерных зависимостей можно проверить изначально введенные выражения и изменять их.

Рисунок 10. Диспетчер управления параметрами размерных зависимостей

7. Для придания фигуре 3D формы можно использовать различные инструменты 3D моделирования.  После ряда операций деталь приобретает необходимый вид. В дальнейшем ее габариты могут быть отредактированы в свойствах, и форма соответственно тоже изменит свой вид.

8. Используем инструмент Выдавить для придания объема (рис.11).

Рисунок 11. Результат после операции Выдавить

В результате мы получили конструкцию с наложенными параметрами размерных зависимостей всех второстепенных размеров от длины и ширины детали.

Таким образом, мы можем задавать параметры размерных зависимостей для любых конструкций, использующихся в различных сферах современной жизни, что позволяет, как упростить работу и сэкономить время, так и произвести более точные построения.

9. Создадим библиотеку значений параметров для нашей детали. Создаем таблицу блоков, не выходя из редактора блоков (рис 12). Таблица блоков редактируется той же кнопкой, что и создаётся.

Рисунок 12. Вызов таблицы свойств блока

10. Используем в таблице команду Добавление свойств (рис. 13) и выбираем необходимые параметры, значения которых мы хотим задать (рис. 14).

Рисунок 13. Добавление в таблицу блока уже существующих свойств

Рисунок 14. Добавление свойств параметров в таблицу свойств блока

11. Заполняем таблицу значениями параметров детали таким образом, что размеры, находящиеся в одной строке будут использованы одновременно (рис. 15). Нажимаем ОК и выходим из Редактора блоков.

Рисунок 15. Задание необходимых параметров детали

12. В результате мы получили динамический 3D блок с собственной библиотекой значений. Нужные габариты можно выбрать из списка, нажав на ручку (Рис. 16).

Рисунок 16. Вызов таблицы свойств при работе с блоком

Заключение

В данной научной работе мы исследовали возможности внедрения алгоритма создания 3D - динамических блоков в учебный курс «Компьютерная графика» на примере блока детали оснастки для ЭМО.

Исследования позволили нам предложить для вычерчивания сложных конструкций, вместо или совместно с привычными объектными привязками, действующими временно, использовать возможности параметризации и накладывать постоянные зависимости на объекты проектирования и моделирования [2, 3, 4]. Так как именно при помощи параметризации можно создавать более сложные чертежи с элементами моделирования, преобразовывать типовые и оригинальные детали в динамические блоки.

На первом этапе при изучении возможностей параметризации мы предлагаем изучать типы существующих подразумеваемых зависимостей и способы параметризации объектов.  Затем принципы наложения геометрических подразумеваемых зависимостей, накладывающих постоянные зависимости на объекты, их отличие от объектных привязок, действующих временно. После чего рекомендуем переходить к размерным подразумеваемым зависимостям, которые в отличии от обычных размеров, влияют на конструкцию детали, т.к. устанавливают определённые закономерности.

В итоге можно создавать динамические блоки (рис. 2…11), формировать таблицы свойств блоков (рис. 12…16), позволяющие максимально оптимизировать процесс проектирования и моделирования и сделать его более эффективным.

Список литературы:

1. https://ru.wikipedia.org/wiki. Параметрическое моделирование (дата обращения: 12.12.2017).
2. Кулигин Д.И., Борисов А.В., Голунцов А.С. Исследование и разработка алгоритма создания динамического блока. Научная сессия – современная радиоэлектроника. Сборник докладов Шестой межвузовской студенческой конференции. Москва, 31 марта 2017 года / под общей редакцией канд. техн. наук Н.Э. Ненартовича. – М.: ПАО «НПО «Алмаз», 2017. – С. 58–65.
3. Кулигин Д.И., Борисов А.В., Голунцов А.С., Воронина М.В. Исследование и разработка алгоритма создания двумерного динамического блока в AUTOCAD. Электронный сборник статей по материалам L студенческой МНПК «Научное сообщество студентов XXI столетия. Технические науки», 28.02-08.03.2017 г. – Изд.:  "Сибирская академическая книга", Новосибирск. – с. 138-146.
4. Кулигин Д.И., Борисов А.В., Голунцов А.С., Воронина М.В. Исследование и разработка алгоритма создания двумерного динамического блока в AUTOCAD. Сборник научных трудов IV МНМК «Современные образовательные технологии в преподавании естественнонаучных и гуманитарных дисциплин», 11-12 апреля 2017 г. – СПб:  Санкт-Петербургский горный университет. – с.  839-847.