ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММ ГРАФИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Бережная М.И.1, Емченко Е.А.2
1Преподаватель,
2кандидат технических наук,
Севастопольский государственный университет
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОГРАММ ГРАФИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Аннотация
В данной статье сделан акцент на графическом 3D моделировании деталей в учебном процессе, которое позволяет студенту понять и осознать внутреннее устройство деталей.
Ключевые слова: логические операции, поверхности, графическое 3D моделирование, среда AutoCad.
Bereshnajа M.I.1, Yemchenko E.A.2
1Lecturer,
2PhD in Engineering ,
Sevastopol state University
USE PROGRAM GRAPHICAL MODELING IN EDUCATIONAL PROCESS
Abstract
This article focuses on the graphical 3D modeling of parts in the learning process, which allows the student to understand and grasp the details of the internal structure.
Keywords: logical operations, the surface, 3D graphical simulation, environment AutoCad.
Постановка проблемы
Современное производство немыслимо без автоматизированного проектирования и компьютерной графики. Чтобы быть специалистом, отвечающим современным требованиям, студент, еще находясь в стенах вуза, должен знать и уметь использовать методы создания чертежей компьютерным способом с помощью графических программ, без которого теперь невозможно представить себе любой процесс проектирования и графического моделирования.
Анализ основных исследований и публикаций
Компьютерная графика как дисциплина применяется в учебном процессе сравнительно недавно, методика преподавания постепенно накапливает определенный творческий потенциал и практический опыт в ее освоении. Так, Габидулин В.М. [1] рассматривает создание болта из двумерной заготовки и для его моделирования использует Инструментальную палитру, но этапы нарезания резьбы не рассматриваются. Большакова В.П., Бочков А.Л., Сергеев А.А. [2] производят создание втулки при помощи команд Моделирование, без нарезания резьбы. В. Сулейманов в своем видео уроке [3], рассказывают о создании резьбы на цилиндрической поверхности при помощи построения треугольника с углом при вершине 600, а также фаску на головке болта срезает с помощью того же треугольника.
Формулирование целей статьи
В данной статье сделан акцент на графическом 3D моделировании. Моделирование в графической программе связано с выяснением или воспроизведением свойств какого-либо реального или создаваемого объекта, процесса или явления с помощью другого объекта, процесса или явления. Моделирование – это построение, совершенствование, изучение и применение моделей реально существующих или проектируемых объектов.
Для выполнения трехмерных моделей существуют основные подходы:
- создание твердых тел с помощью логических операций – путем добавления, вычитания или пересечения материала моделей. Этот подход является главным в инженерных графических системах;
- формирование сложных полигональных поверхностей, так называемых мешей (от англ. mesh – сетка), путем полигонального или NURBS-моделирования;
- применение модификаторов геометрии (используются в основном в дизайнерских системах моделирования). Модификатором называется действие, назначаемое объекту, в результате чего свойства объекта и его внешний вид изменяются. Модификатором может быть вытягивание, изгиб, скручивание.
У большинства специальностей нашего университета параллельно с изучением «Инженерной графики» идет дисциплина «Компьютерная графика» – это очень удобно для понимания и восприятия студентов пространственных моделей. На занятиях по «Компьютерной графике» изучается одна из графических программ – AutoCad. Нами были разработаны методические указания к практическим занятиям, по темам, которые соответствуют учебной программе дисциплины и в то же время интересны для студентов, так как интерес – одна из основных движущих сил в освоении нового материала.
Изложение основного материала
В данной статье хотим изложить методику 3D моделирования втулки с натуры. Для начала студентами делается эскиз втулки с натуры с учетом правил и требований, предъявляемых к эскизу, рисунок 1. Компьютерная 3D модель с возможностью ее вращения и удаления части детали – это всегда наглядное и удобное представление изображения, с точки зрения понимания всех конструктивных особенностей внутреннего строения детали. Когда студент знакомится с чертежом, ему затруднительно мысленно воссоздать пространственную форму детали и представить ее в реальном виде, компьютерное моделирование в этом процессе будет очень хорошим помощником.
Основные этапы компьютерного моделирования включают следующее:
- Выбор главного вида изображения, плоскости проецирования.
- Создание профиля резьбы.
- Создание спирали для дальнейшего изготовления резьбы.
- Моделирование основных поверхностей, из которых состоит деталь.
- Собрать созданные тела в необходимом порядке.
- Применить логические операции для воспроизведения всех конструктивных особенностей детали.
- Нанести необходимый материал, для реалистичного представления детали.
Рис. 1 – Эскиз втулки
Компьютерное создание резьбы на цилиндрической поверхности заключается в следующем: нарисовать спираль, которая затем послужит путем для выдавливания профиля резьбы. Параметры спирали (диаметр и шаг) должны соответствовать параметрам резьбы. Профиль резьбы, рисунок 2, следует изобразить в виде плоской фигуры – сечения одной впадины, которое после выдавливания нужно будет вычесть из «болванки» – цилиндрического стержня. Этот процесс во многом похож на нарезание настоящей резьбы с помощью резца.
Перед началом работы необходимо выбрать изображение и плоскость проекции в котором будем создавать профиль резьбы – это бфронтальный вид. На рисунке 1 проставлены все размеры втулки и типы резьб, согласно которых можно создать трехмерную модель втулки, (обе резьбы трубно-цилиндрические: наружная – G 1 ½ и внутренняя – G ¾). По профилю резьб недостающую информацию берем из справочника.
Рис. 2 – Профиль трубно-цилиндрической резьбы:
а) внутренней и б) наружной
После того как профиль создан, мы переходим в СВ-изометрию и дальше будем работать только в ней. Следующий этап – это построение спирали по основным параметрам: для внутренной резьбы, диаметр 23,2 мм, высота витка равна 1,2, количество витков принимаем равным 18, тогда высота резьбы будет равна 21,6 мм; для наружной резьбы, диаметр 43,7 мм, высота витка равна 1,5, количество витков принимаем равным 12, тогда высота резьбы будет равна 18 мм. Профиль располагаем как показано на рисунке 3 и переносим его на спираль.
Рис. 3 – Спираль с профилем
Теперь нужно создать объемную спираль при помощи команды Сдвиг, рисунок 4.
Рис. 4 – Объемная спираль
При этом, создать цилиндры, на которые будут нарезаны резьбы, возможно при помощи команды Цилиндр, которая расположена в панели Моделирование, диаметры которых равны 25 мм, высота 22 мм для внутренней резьбы и диаметр 46 мм, высота 18 мм для наружной резьбы. На нижней кромке цилиндров нужно снять фаски 1,5х450 для внутренней резьбы и 1х450 для наружной резьбы.
Далее, необходимо перенести объемную спираль к цилиндру, используя привязку к центрам, причем в цилиндре нужно привязаться к нижней грани. Вычесть спираль из цилиндра возможно при помощи логической операции Вычитание, рисунок 5.
Рис. 5 – Резьба для втулки
Чтобы нарезанная резьба выглядела правдоподобно, нужно создать сбег резьбы. Для этого, необходимо выбрать команду Выдавить грани, установить глубину выдавливания -50, угол 00.
При моделировании втулки ее разбивают на отдельные поверхности, имеющие свои размеры и конструктивные особенности, рисунок 6, 7. Наружная поверхность при этом состоит из 2-х цилиндров, цилиндрической заготовки для проточки, гайки. Внутренняя поверхность, рисунок 7, состоит из 3-х цилиндров и цилиндрической заготовки для проточки.
Рис. 6 – Наружная часть втулки
Рис. 7 – Внутренняя часть втулки
Все цилиндры, из которых состоит втулка, строятся по соответствующим размерам при помощи команды Цилиндр. Гайка строится в соответствии с ГОСТом, она представляет собой шестигранник, срезанный конусом. Высота гайки 12 мм, размер под ключ S равен 52 мм, шестегранник строится при помощи команды Полигон, где необходимо выбрать опцию «Описанный около окружности» с радиусом 26 мм. Созданный шестиугольник выдавить при помощи команды Выдавить на высоту 12 мм. Затем построить усеченный конус, для этого необходимо начертить окружность диаметром 0,95*S центр которой совпадает с центром шестигранника. Далее следует применить логическую команду Пересечение для созданного конуса и шестигранника. После того как созданы все элементы втулки, необходимо внутреннюю часть совместить с наружной и при помощи логической операции Вычетание вычесть из наружной части внутренную. При помощи команды Сечение, выполним фронтальный разрез и нанесем материал, что бы втулка выглядела более реалистичной, рисунок 8.
Рис. 8 – Модель втулки в программе AutoCad
Выводы
В данной статье способ создания 3D-модели втулки очень прост, так как он основан на основных командах моделирования, рисования, редактирования и логических операциях графической программы AutoCad. Этот процесс позволяет студенту быстрее и качественнее разобраться в конструктивных особенностях втулки, а именно ее внутренней частью.
Литература
- Габидулин В.И. Трехмерное моделирование в AutoCad Москва: ДМК Пресс, 2011. – 240с.:ил.
- Большакова В.П., Бочков А.Л., Сергеев А.А. 3D-моделирование в AutoCad, КОМПАС-3D, SolidWorks, Inventor, T-Flex. Учебный курс. – СПб.: Питер, 2011 – 336с.: ил.
- http://spacecad.ru/kak-sozdat-3d-bolt-s-rezboy-v-avtokad/
References
- Gabidulin V.I. Trehmernoe modelirovanie v AutoCad 2012. Moskva: DMK Press, 2011. – 240s.:il.
- Bol'shakova V.P., Bochkov A.L., Sergeev A.A. 3D-modelirovanie v AutoCad, KOMPAS-3D, SolidWorks, Inventor, T-Flex. Uchebnyj kurs. – SPb.: Piter, 2011 – 336s.: il.
- http://spacecad.ru/kak-sozdat-3d-bolt-s-rezboy-v-avtokad/