2 Общие сведения о AutoDesk AutoCad
AutoCAD — 2D/3D система автоматизированного проектирования и черчения, разработанная компанией Autodesk. AutoCAD и специализированные приложения на его основе нашли широкое применение в машиностроении, строительстве, архитектуре и других отраслях промышленности. Текущая версия программы включает в себя полный набор инструментов для комплексного трёхмерного моделирования (поддерживается твердотельное, поверхностное и полигональное моделирование). AutoCAD позволяет получить высококачественную визуализацию моделей с помощью системы рендеринга mental ray. Также в программе реализовано управление трёхмерной печатью (результат моделирования можно отправить на 3D-принтер) и поддержка облаков точек (позволяет работать с результатами 3D-сканирования). Тем не менее, следует отметить, что отсутствие трёхмерной параметризации не позволяет AutoCAD напрямую конкурировать с машиностроительными САПР среднего класса, такими как Inventor, SolidWorks и другими. В состав AutoCAD 2012 включена программа Inventor Fusion, реализующая технологию прямого моделирования.
2.1 Твердотельное моделирование
Параметрическое моделирование (параметризация) — моделирование (проектирование) с использованием параметров элементов модели и соотношений между этими параметрами. Параметризация позволяет за короткое время «проиграть» (с помощью изменения параметров или геометрических соотношений) различные конструктивные схемы и избежать принципиальных ошибок так, как модель, которая «проигрывается» занимает ровно тот объем, который занимает реально существующая деталь/механизм.
2.2 Некоторые способы получения твердотельных моделей в AutoCAD
В AutoCAD имеются 2D примитивы — круг, треугольник, линия, квадрат, эллипс и окружность, также присутствуют и 3D примитивы — цилиндр, бокс, шар, пирамида, конус, тор и клин. Данные 3D примитивы являются телами типа 3D SOLID. Эти тела называются твердотельными телами, а моделирование с их использованием - твердотельное моделирование, а именно:
Тела, полученные методом выдавливания (extrude)
Тела, полученные свипингом (sweep — построение тела на основе пути и сечения),
Тела, получаемые лофтингом (loft — на основе нескольких переменных сечений разной формы и размеров)
Тела, полученные револьвингом (revolve — построение тела вращения путем вращения профиля или контура вокруг указанной оси, обычно сплайна, который задает положение в пространстве).
Выдавливание тел - для получения объемных тел путем выдавливания различных двухмерных объектов применяется команда EXTRUDE. Данную операцию часто называют экструзией. Исходными объектами в данном случае могут быть полилинии, окружности, эллипсы, дуги, эллиптические дуги, кольца, области, сплайны, линии, плоские трехмерные поверхности, плоские грани тел. При этом результат экструзии зависит от того, является исходный объект замкнутым или нет. Если форма замкнутая, то итогом выдавливания будет тело (рисунок 29), если же применяется незамкнутый профиль, то получится поверхностный объект.
Рисунок 29 – Тело, полученное выдавливанием окружности
вдоль сплайна (направляющей)
Вызов команды extrude, выполняется командой меню Draw/Modeling/Extrude (Черчение/Моделирование/Экструзия) или воспользовавшись кнопкой Extrude (Экструзия) в группе Modeling (Моделирование) на вкладке Home (Основная) ленты.
Появится приглашение:
Select objects to extrude
Последовательно указываются объекты, которые послужат для выдавливания. За один прием допускается выполнить экструзию нескольких объектов, как замкнутых, так и незамкнутых. Стоит отметить что при этом применяются одинаковые параметры. Таким образом, за одну операцию можно получить одновременно и тела, и поверхности. Выделение объектов завершается нажатием клавиши Enter.
Следующий запрос программы предлагает задать высоту экструзии:
Specify height of extrusion or [Direction/Path/Taper angle] <0.0000>:
по умолчанию экструзия осуществляется перпендикулярно к плоскости исходного объекта, но это ограничение можно обойти, воспользовавшись дополнительными параметрами.
параметр Direction задает направление выдавливания. Для этого необходимо указать две точки, которые зададут вектор экструзии.
воспользовавшись параметром Path, происходит выдавливание исходной формы вдоль любой направляющей, которой может быть отрезок, окружность, эллипс, дуга, сплайн или полилиния. При этом объект, задающий направление выдавливания, не должен находиться в одной плоскости с профилем экструзии.
выбор параметра Taper angle, задает значение угла конусности, введя его в ответ на приглашение:
Specify angle of taper for extrusion <0>:
Так грани будущего объекта будут сходиться, если задан положительный угол. Если же ввести отрицательный угол конусности, то объект будет расширяться. Задав слишком большой положительный угол, можно получить профиль, сходящийся в одну точку.
С помощью команды REVOLVE создаются трехмерные объекты путем вращения образующей кривой вокруг заданной оси. Как и в случае экструзии объектов, в качестве образующей кривой используются полилинии, окружности, эллипсы, дуги, эллиптические дуги, кольца, области, сплайны, линии, плоские трехмерные поверхности, плоские грани тел. При этом итоговый объект — тело или поверхность — зависит от того, будет ли исходный объект соответственно замкнутым или разомкнутым.
На рисунке 30 показан объект, полученный путем поворота прямоугольника вокруг вертикальной оси. Обратите внимание, что тело получилось незамкнутым, так как был указан угол вращения меньше 360°.
Рисунок 30 – Тело полученное методом вращения
при угле поворота менее 360 градусов
Для создания объемного тела вращения, выбирается кнопка Revolve (Вращение) в группе Modeling (Моделирование) на вкладке Home (Основная) ленты или выполняется команду в меню Draw/Modeling/Revolve (Черчение/ Моделирование/ Вращение).
После запуска команды программа выдаст запрос:
Select objects to revolve:
Необходимо выбрать исходные объекты, предназначенные для создания тел вращения. По завершению выбора объекта нажимается Enter.
Появится следующий запрос:
Specify axis start point or define axis by [Object/X/Y/Z] <Object>:
Указывается первая — начальная, а затем и вторая — конечная — точки оси вращения.
Нажимая клавишу Enter, тем самым выбирается параметр Object, который позволяет задать в качестве оси вращения линию, полилинию, линейную кромку поверхности или тела. Стоит отметить, что за начало оси вращения будет принят конец объекта, ближе к которому находится курсор(после нажатия кнопкой мыши). Соответственно этому будет задано положительное направление вращения – по часовой стрелке, если смотреть со стороны начала оси вращения.
Параметры X, Y и Z позволяют задать в качестве оси вращения ось X, Y или Z текущей ПСК соответственно. В этом случае положительное направление оси вращения совпадает с направлением выбранной оси системы координат.
В ответ на запрос:
Specify angle of revolution or [Start angle] <360>:
Задается угол вращения или нажимается клавиша Enter, чтобы принять значение по умолчанию 360°, создав замкнутый объект. Не стоит забывать, что определение направления оси вращения имеет значение только тогда, когда задается угол вращения меньше 360°. Воспользовавшись параметром Start angle, можно задать угол, со смещения на который начнется вращение.
Для редактирования трехмерных тел предназначена команда SOLIDEDIT. Она имеет несколько уровней параметров. Рассмотрим три основные группы.
Параметры группы Face позволяют редактировать грани твердотельного объекта. Выбрав один из параметров этой группы, можно перемещать, удалять, поворачивать, копировать, изменять цвет граней и пр.
С помощью группы параметров Edge можно копировать ребра и присваивать им новый цвет.
Параметры группы Body используют для редактирования тела целиком.
Сложности при выполнении данных команд могут возникнуть с выделением редактируемых объектов. Поэтому, чтобы выделить нужную грань или ребро, удерживайте нажатой клавишу Ctrl, а объекты выделяйте щелчками кнопкой мыши.
Собственно, каждый параметр команды SOLIDEDIT является самостоятельной командой, которую можно запустить из меню Modify/Solid Editing (Редактирование/Редактирование тел) или воспользовавшись кнопками в группе Solid Editing (Редактирование тел) на вкладке Home (Основная) ленты.
Тела редкатируются не только с помощью команды SOLIDEDIT. Начиная с версии программы AutoCAD 2007, твердотельные модели стали параметрическими, поэтому за изменение геометрических размеров тел отвечает стандартная палитра Properties (Свойства). Чтобы открыть данную палитру, достаточно выделить редактируемое тело, а затем правой кнопкой мыши вызвать контекстное меню и выбрать в нем пункт Properties (Свойства).
Все основные параметры, влияющие на размеры и положение тела, расположены в разделе Geometry (Геометрия).
Как выглядит палитра Properties (Свойства), например, для параллелепипеда, можно увидеть на рисунке 31 [10].
Рисунок 31 – Палитра свойств (Properties)