Компьютерное моделирование изделий в конструкторскотехнологической

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Пермский национальный исследовательский политехнический университет»

А.Ю. Крюков

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗДЕЛИЙ В КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ПОДГОТОВКЕ

ПРОИЗВОДСТВА

Утверждено Редакционно-издательским советом университета

в качестве учебного пособия

Издательство Пермского национального исследовательского

политехнического университета

2013

1

УДК 658.5.011.56-047.581075.8) К85

Рецензенты:

д-р техн. наук, профессор А.Г. Егоров (Тольяттинский государственный университет); канд. техн. наук С.Е. Буханченко (Национальный исследовательский Томский политехнический университет, Институт кибернетики);

канд. техн. наук, доцент В.В. Павлоградский (Пермский национальный исследовательский политехнический университет)

Крюков, А.Ю.

К85 Компьютерное моделирование изделий в конструкторскотехнологической подготовке производства : учеб. пособие / А.Ю. Крюков. – Пермь : Изд-во Перм. нац. исслед. политехн.

ун-та, 2013. – 137 с.

ISBN 978-5-398-01092-3

Рассмотрены общие принципы построения параметрических моделей изделий машиностроения в современных системах трехмерного твердотельного моделирования и техника их практического использования на примерах функционирования системы автоматизированного проектирования SolidWorks.

Представлены сведения по общей теории моделирования, компьютерным геометрическим моделям, а также о функциональном назначении типовых элементов интерфейса систем твердотельного параметрического моделирования и технологиям работы с ними.

Предназначено для студентов направления 151900 «Конструктор- ско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и смежных направлений и специальностей подготовки.

УДК 658.5.011.56-047.581075.8)

2

3

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Настоящее учебное пособие предназначено для освоения теоретической части дисциплины «Компьютерное моделирование изделий» студентами 3-го или 4-го курсов дневной и заочной формы обучения по направлению 151900 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств». Данное пособие может быть также использована студентами других инженерных машиностроительных специальностей, для которых являются полезными и необходимыми знание операций, умения и навыки практической работы по созданию

иредактированию трехмерных твердотельных и поверхностных моделей изделий.

Структура пособия соответствует рабочей программе дисциплины и основным задачам ее освоения, которые в ГОС [3, 4] сформулированы в виде требований, предъявляемых к компетенциям выпускника бакалавриата направления 151900 «Конструк- торско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» и знаниям, умениям и навыкам инженера специальности 151001 «Технология машиностроения», и предусматривают:

–знание современных тенденций развития методов, средств

исистем конструкторско-технологического обеспечения машиностроительных производств;

–знание принципов работы с программным обеспечением для построения трехмерных твердотельных параметрических моделей (интерфейс приложений, управление процессом создания и редактирования конструкций);

–умение использовать для решения типовых задач методы

исредства геометрического моделирования;

–умение строить твердотельные модели деталей и сборок с использованием современного программного обеспечения, представляющего специализированные приложения для проекти-

5

рования изделий машиностроения, имеющие графический интерфейс и функционирующие в операционной системе Windows;

–владение современными методами проектирования оборудования, инструмента, других средств технологического оснащения с использованием компьютерной техники.

Данныетребованияопределяют следующие задачиобучения:

–ознакомление с моделированием как основным методом проектирования изделий машиностроения;

– изучение видов компьютерных моделей, применяемых в современных системах автоматизированного проектирования (САПР);

–ознакомление с терминологией, используемой при описании современных САПР, со структурой программного обеспечения САПР, обзор ядер геометрического моделирования;

–изучение общих принципов построения и редактирования трехмерных моделей деталей и сборочных единиц;

–освоение умений практической работы с трехмерными твердотельными параметрическими моделями изделий (деталей

исборок) в современных CAD-системах на примере системы

SolidWorks.

Предметом изучения дисциплины являются следующие объекты: CAD (Computer Aided Design) – технологии автомати-

зированного проектирования; компьютерные трехмерные твердотельные модели: общие принципы и порядок построения, элементы конструкции; системы автоматизированного проектирования; программа SolidWorks.

Главной целью изучения курса является формирование у студентов системного подхода к использованию современных систем автоматизированного проектирования как основной составляющей процессов проектировании объектов новой техники, моделирования конструкций, расчетных модулей, отработки эргономики и дизайна технических объектов, т.е. использования компьютера и соответствующего программного обеспечения как

6

самостоятельного эффективного инструмента практической деятельности инженера-машиностроителя.

Во введении излагается содержание и роль курса в системе подготовки инженера, дается обзор учебно-методической литературы по темам дисциплины.

Впервой главе представлены сведения по общей теории моделирования, основные понятия и определения, дана информация по видам компьютерных геометрических моделей, их составным элементам. Также приведены общие сведения о структуре современных САПРиядрах (математическомобеспечении) систем.

Во второй главе рассматривается интерфейс системы SolidWorks американской корпорации SolidWorks Inc. Приводятся сведения по функциональному назначению элементов интерфейса и инструментальных панелей, элементам техники работы. Представлены общие алгоритмы работы программного обеспечения при создании и редактировании поверхностной и твердотельной геометрии моделей.

Вданной главе представлена также технология моделирования деталей в программе SolidWorks. Рассмотрены алгоритмы создания параметрических моделей за счет параметризации эскизов, формообразующих операций и иерархической параметризации модели.

Третья глава содержит сведения о построении твердотельных моделей сборок в современных CAD-системах на примере применения для этого системы SolidWorks.

Вчетвертой главе рассматриваются вопросы проектирования деталей из листового материала, т.е. специальные инструментыдля созданиятонкостенныхконструкцийоднороднойтолщины.

Пятая глава содержит сведения о современных методах

иобщих подходах инженерного анализа (расчета деталей на прочность и жесткость) с использованием расчетных модулей, предназначенных для работы в среде современных CAD-систем. Представлены общие сведения по оптимизации конструкций

исистемам инженерного анализа (CAE-системам) на примере модуля COSMOSXpress.

7

Шестая глава содержит сведения об экспорте и импорте твердотельных моделей в современных CAD-системах и описание технологии работы с модулем параметризации импортированной геометрии FeatureWorks, одного из вспомогательных модулей системы SolidWorks.

В заключении представлены общие выводы по изложенным материалам и методические рекомендации по развитию приобретенных компетенций (знаний, умений, навыков).

Для качественного восприятия излагаемого материала студенту необходимы знания основ инженерной графики и начертательной геометрии, математики в объеме 1-го курса технического вуза, приемов построения и редактирования иллюстраций в векторных чертежно-конструкторских редакторах (дисциплина «Компьютерная графика»), знания, полученные при изучении смежных дисциплин, в частности, «Технологические процессы в машиностроении», «Детали машин и основы конструирования», поскольку теоретический и иллюстративный материал учебного пособия основан на описании и анализе возможностей применения системы SolidWorks для моделирования геометрических форм машин и механизмов, используемых в машиностроении.

Обязательно хорошее владение персональным компьютером на уровне пользователя: знание основных приемов работы с программами, предназначенными для функционирования под управлением операционной системы Windows, способности и умение самостоятельно рассуждать, обобщать и систематизировать информацию, логически мыслить.

Структура и последовательность изложения материалов выработаны исходя из содержания научно-технической и учебнометодической литературы по темам курса и личного опыта автора по самостоятельному изучению и освоению современных CAD-систем.

8

ВВЕДЕНИЕ

Подсчитано, что за предыдущее десятилетие более 200 тыс. конструкторов-машиностроителей коренным образом изменили свои подходы к процессу проектирования, перейдя от двумерных САПР к трехмерным, реализующим идею генерации компьютерных моделей с твердотельными свойствами [1, 2, 8, 17, 31]. Растущая конкуренция и необходимость сокращения сроков проектирования привели к тому, что это движение, вначале напоминавшее тонкий ручеек, превратилось в мощный поток. За последние два года на трехмерное проектирование перешло столько организаций, сколькоза все десятьлет существования этойтехнологии.

Трехмерная модель на многих предприятиях становится обычным конструкторским документом, как, например, плоский чертеж или спецификация, подвергается всем видам контроля. Более того, даже в России некоторые машиностроительные предприятия в настоящее время стремятся перейти на безбумажный документооборот, при этом одной из основных составляющих информационной модели изделия становится его компьютерная геометрическая модель.

Вкурсе «Компьютерное моделирование изделий» изучаются методы и средства создания и редактирования поверхностных

итвердотельных моделей деталей и сборочных единиц с помощью соответствующих программно-аппаратных вычислительных комплексов.

Для студентов машиностроительных специальностей инженерных вузов особенно важным является применение компьютерного моделирования в этих областях, являющихся неотъемлемой частью деятельности в период обучения и профессиональной деятельности.

Всвете этого студентам необходимо приобрести знания основ теории построения различных типов компьютерных геометрических моделей и умения работы с программным обеспечением, представляющим современные системы для их создания

иобработки.

9

Изложенное выше определяет задачи освоения дисциплины, в которые входит изучение общих принципов и приобретение умений создания и редактирования твердотельной и поверхностной геометрии в профессиональных компьютерных графических пакетах, предназначенных для использования при разработке трехмерных твердотельных параметрических моделей изделий в процессе конструкторской подготовки производства.

Анализ учебно-методической и научно-технической литературы показал, что существует достаточно большое количество специализированных книг, связанных с предлагаемыми темами изучения дисциплины. Небольшая их часть приводится в списке литературы настоящей работы. В частности, в изданиях [18, 19, 20, 31] представлена информация по теории и способам формирования геометрических моделей.

Теория компьютерного геометрического моделирования неразрывно связана с практикой его применения и этому посвящена многочисленная литература использования современных САПР [7, 10, 13, 16, 17, 19, 21, 33, 34] в области построения и редактирования моделей. Следует отметить предметный (специализированный) подход, отличающий указанные работы – учебные пособия и справочники, посвященные конкретному программному обеспечению и включающие в себя подробное описание инструментария, примеры создания и редактирования эскизов и формообразующих операций. Такое построение материала очень логично и методически правильно, поскольку предоставляет возможности самостоятельного творческого освоения приемов работы с соответствующими программами.

Вся представленная литература может быть использована для приобретений умений работы с соответствующими программами. При этом следует отметить, что для начинающего пользователя не слишком важен год выпуска книги, поскольку базовые приемы работы, являющиеся основой создания модели, примерно одинаковы для разных поколений программ, предназначенных для функционирования в операционнойсистемеWindows.

Объем и содержание материала из литературы отбираются студентами самостоятельно в зависимости от изучаемой темы.

10