Геометрическое моделирование в САПР

ГЕОМЕТРИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В САПР

Лабораторный практикум

Москва

Издательство «ФЛИНТА»

2018

УДК 004.9
ББК  32.97

Г35

Г35 
Геометрическое моделирование в САПР [Электронный ресурс] :

лабораторный 
практикум 
/ 
М.В. 
Терехов, 
Л.Б. 
Филиппова, 

А.А. Мартыненко, В.А. Шкаберин, Ю.А. Леонов, Е.А. Леонов. — М.:
ФЛИНТА, 2018. — 117 с.

ISBN 978-5-9765-4018-7

Содержатся 
девять 
лабораторных 
работ 
по 
дисциплине 

«Геометрическое моделирование в САПР».

Лабораторный практикум предназначен для студентов очной 

формы обучения для студентов по направлению подготовки09.03.01 
«Информатика и вычислительная техника» (квалификация–бакалавр), 
а также может быть полезен для студентов по направлению 
подготовки 09.03.02 «Информационные системы и технологии» 
(квалификация–бакалавр).

УДК 004.9
ББК  32.97

ISBN 978-5-9765-4018-7
© Коллектив авторов, 2018
© Издательство «ФЛИНТА», 2018

ПРЕДИСЛОВИЕ

Знание основ автоматизации проектирования и умение работать

со средствами САПР требуется практически любому инженеруразработчику. Компьютерами насыщены проектные подразделения, 
конструкторские бюро и офисы. Работа конструктора за обычным 
кульманом, расчеты с помощью логарифмической линейки или 
оформление отчета на пишущей машинке стали анахронизмом. 
Предприятия, ведущие разработки без САПР или лишь с малой
степенью их использования, оказываются неконкурентоспособными 
как 
из-за
больших 
материальных 
и 
временных 
затрат 
на 

проектирование, так и из-за невысокого качества проектов.

Появление первых программ для автоматизации проектирования 

за рубежом и в СССР относится к началу 60-х гг. Тогда были созданы 
программы для решения задач строительной механики, анализа 
электронных схем, проектирования
печатных плат. Дальнейшее 

развитие САПР шло по пути создания аппаратных и программных
средств 
машинной 
графики, 
повышения 
вычислительной

эффективности программ моделирования и анализа, расширения
областей
применения 
САПР, 
упрощения 
пользовательского 

интерфейса, 
внедрения
в 
САПР 
элементов 
искусственного 

интеллекта.

К настоящему времени создано большое число –методических 

комплексов, для САПР с различными степенью специализации и 
прикладной 
ориентацией. 
В 
результате 
автоматизация 

проектирования стала необходимой составной частью владеющий
знаниями и не умеющий работать в САПР, не может считаться 
полноценным
специалистом. 
Подготовка
инженеров 
разных 

специальностей в области САПР включает базовую и специальную 
компоненты. Наиболее общие положения, модели и методики
автоматизированного проектирования входят в программу курса, 
посвящённого основам САПР, более детальное изучение тех методов 
и программ, которые специфичны для конкретных специальностей, 
предусматривается в профильных дисциплинах.

Увеличение производительности труда разработчиков новых 

изделий, сокращение сроков проектирования, повышение качества 
разработки проектов -важнейшие проблемы, решение которых 
определяет 
уровень 
ускорения 
научно-технического 
прогресса 

общества. Развитие систем автоматизированного проектирования
(САПР) опирается на прочную научно-техническую базу. Это современные средства вычислительной техники, новые способы 
представления и обработки информации, создание новых численных 
методов решения инженерных задач
и оптимизации. Системы 

автоматизированного проектирования дают возможность на основе 
новейших достижений фундаментальных наук отрабатывать
и 

совершенствовать методологию проектирования, 
стимулировать 

развитие математической теории проектирования сложных систем и 
объектов. Внестоящее время созданы и применяются в основном 
средства и методы, обеспечивающие
автоматизацию рутинных 

процедур и операций, таких, как подготовка текстовой документации, 
преобразование технических чертежей, построение
графических 

изображений и т.д.

Лабораторная работа №1

ИЗУЧЕНИЕ БАЗОВЫХ ОПЕРАЦИЙ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО 

МОДЕЛИРОВАНИЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Приобретение практических навыков использования базовых 

операций твердотельного моделирования

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
В 
настоящее 
время 
в 
области 
машиностроительного 

проектирования 
наблюдаются 
положительные 
изменения, 

обусловленные 
внедрением 
систем 
автоматизированного 

проектирования 
(САПР), 
позволяющих 
значительно 
ускорить 

процессы конструкторской подготовки производства. Применение 
новых методов приводит к повышению качества и надежности 
изделий и, одновременно, к снижению расходов на проектирование и 
производство. 
Самые 
сложные 
машины 
и 
механизмы 

разрабатываются сегодня с такой высокой скоростью, которую 
прежде невозможно было представить, а мощные программные 
средства 
предоставляют 
готовые 
решения, 
отвечающие 

персональным 
требованиям 
заказчиков.
Информационные 

технологии проектирования позволяют повышать надежность и 
качество продукции, снижая одновременно стоимость затрат на 
проектирование и производство.

Перестройка 
экономических 
отношений 
потребовала 
от 

предприятий машиностроительной отрасли увеличить ассортимент 
новых изделий, с минимальными затратами сократить сроки 
подготовки 
производства. 
Необходимость 
внедрения 
CAD/ 

CAM/CAE-систем 
в 
систему 
конструкторско-технологической 

подготовки производства стала очевидной[1].

В машиностроительной отрасли большинство проектировщиков 

до сих пор по привычке работают в двумерном пространстве. 
Типичными 
приложениями 
эффективного 
двумерного 

проектирования остаются задачи электротехники, системотехники и 
гидравлики. Плоские модели необходимы для совместимости с 
разработками в старых форматах. За годы использования САПР на 
многих 
предприятиях 
накоплены 
богатые 
архивы 
проектов. 

Материалы таких архивов весьма ценны и должны актив" но 
использоваться. 
Многие 
разработки 
представляют 
собой 

модернизированные варианты старых моделей. В этом случае 

переработка всей модели заведомо нерациональна — более выгодным 
представляется использование данных в старых 2М фор" матах для 
разработок современных трехмерных проектов.

Inventor — это инженерный пакет для конструирования машин и 

механизмов, использующий возможности операционной системы 
Microsoft Windows. Инструментальные средства Autodesk Inventor 
обеспечивают 
полный 
цикл 
конструирования 
и 
создания 

конструкторской документации. Цель внутренней организации 
управления проектными данными (ядра программного модуля) —
обеспечение максимальной скорости работы с большими сборками. 
Среди систем среднего уровня Inventor, это первый пакет, который 
перешагнул рубеж в 10000 компонентов и сейчас приближается к 
цифре 15000. В процессе проектирования Autodesk подал заявки на 
18 патентов. Принципиально новые технологические подходы 
затронули формат представления внутренних данных, инструменты 
коллективной работы над проектом, приемы проектирования, 
проработку 
изделия 
на 
концептуальном 
уровне, 
систему 

интерактивного обучения и многое другое.

Пакет параметрического твердотельного и поверхностного 

моделирования машиностроительных изделий Inventor позволяет 
свободно работать как с плоскими, так и с пространственными 
моделями. Модель детали выполняется методами твердотельного 
моделирования, обеспечивается создание моделей сборок и выпуск 
конструкторской документации. Именно это выгодно отличает 
Inventor от программного обеспечения аналогичного назначения, 
причем переход от плоской модели к трехмерной возможен на любой 
стадии разработки.

Геометрическое моделирование. Inventor включает весь набор 

функций для объемного твердотельного моделирования, которые 
могут потребоваться в процессе работы над моделями сложных узлов 
и 
деталей. 
Моделирование 
начинается 
с 
использования 

динамического мастера эскизов с интерактивным определением 
интеллектуальных про" филей, строящихся с использованием линий, 
дуг и сплайнов.

Мастер эскизов представляет собой графический редактор, 

связанный с логическим решателем, с помощью которого не только 
принимаются решения в процессе работы над эскизами, но и 
накладываются 
ограничения 
на 
связи 
между 
элементами 

конструкции. 
Ограничения 
определяются 
и 
накладываются 

автоматически в зависимости от вида конструкции. Эскизы 
сохраняют свои свойства независимо от того, где используются их 
фрагменты. Это позволяет разработчикам перетаскивать элементы 
эскизов в реальном времени в соответствии с ранее установленными 
правилами их включения в сборку. Эскизы могут содержать много 
различных элементов, крепеж в виде хомутов, скоб и т. д., которые 
обнаруживаются и идентифицируются автоматически. Элементы 
узлов и деталей, имеющих сложную геометрию, могут быть созданы 
с использованием функций выдавливания, вращения, развертки, 
протяжки профиля по заданной траектории и др. Также могут быть 
легко созданы детали сложных форм, включающих комбинации 
канавок, фасок, скосов, галтелей, различных типов углов, отверстий, 
оболочек и сложных пространственных элементов. Свойства и 
ограничения могут быть определены для отдельных элементов как в 
процессе их разработки, так и непосредственно в момент их 
включения в сборку. Все эти свойства и ограничения могут быть 
также переопределены или отредактированы с использованием среды 
адаптивного конструирования [3].

БАЗОВЫЕОПЕРАЦИИ ТВЕРДОТЕЛЬНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
Выдавливание

Рис. 1 - Операция выдавливание

Выдавливание добавляет глубину в замкнутый или открытый 

профиль 
или 
область. 
Выдавленные 
элементы 
являются 

структурными элементами для создания и изменения твердых тел в 
составе детали. Для выдавливания задаются направление, глубина, 
угол конуса и метод ограничения. Выдавленные элементы могут 
создавать новые тела в файле мульти- детали. Новое твердое тело 
создает независимое тело, которое можно редактировать как 

самостоятельный объект. Твердое тело может иметь общие элементы 
с другими твердыми телами.

Выдавленные элементы могут изменять тела посредством 

операций объединения, вырезания или пересечения. Выдавленные 
элементы сборок можно использовать для прохождения сквозь 
другие детали.

При определении границ ограничений выдавленных элементов 

рекомендуется использовать команды "Расстояние", "Расстояние —
расстояние" и "До следующего". Если модель изменилась и 
ограничивающая грань больше не существует, создайте выдавленный 
элемент заново. Если задать какое-то определенное расстояние или 
расстояние до следующей существующей грани, выдавливание 
остается неизменным.

При создании выдавленных элементов в файлах деталей из 

открытых 
профилей 
можно 
воспроизводить 
формы. 
Под 

воспроизведением формы подразумеваются решения, определенные 
продолжением открытых концов профиля и формой тела. С помощью 
воспроизведения 
формы 
создается 
элемент, 
устойчивый 
к 

топологическим 
изменениям 
тела 
детали, 
вызываемым 

редактированием элементов более высокого уровня в иерархии 
сборки. Воспроизведение осуществляется от продолжения открытых 
концов контура и определяется формой тела.

При создании в сборках (недоступно в Inventor LT) элементы 

выдавливания 
представляют 
специализированный 
процесс 

производства (например, удаление материала). В сборках элемент 
выдавливания может быть элементом детали, созданной в файле 
детали в контексте сборки. В сборках элемент выдавливания может 
быть элементом детали, созданной в файле детали в контексте 
сборки. Например:

Он также может являться элементом сборки, созданном в файле 

сборки.

Чтобы добавить элемент в деталь в сборке, выполните 

выдавливание до плоскости или грани другой детали. В качестве 
начала и ограничивающей плоскости могут использоваться грань 
детали или рабочая плоскость. Выбранная грань или плоскость 
должна находиться в браузере на том же уровне сборки, что и 
создаваемый элемент выдавливания.

Прим.: Нельзя использовать незамкнутые контуры для создания 

элементов выдавливания как элементов сборки.

Вращение

Рис. 2 - Операция вращение

С помощью команды "Вращение" можно создать элемент или 

новое тело путем вращения одного или нескольких профилей эскизов 
вокруг оси. С помощью вращения вокруг оси, являющейся частью 
эскиза, можно создавать такие тела, как диски, втулки, зубчатые 
передачи. При вращении вокруг оси, смещенной от эскиза, создаются 
тела с отверстиями, например шайбы, баллоны и переходники 
трубопроводов.

Кроме того, с помощью команды "Вращение" можно создавать 

элементы с радиальной симметрией, например цилиндрические 
контейнеры или уплотнительные кольца. Некоторые из таких 
конструктивных элементов могут определять общую форму детали 
(т.е. быть базовыми) или же дополнять форму, например, в качестве 
ребер жесткости.

Если создается элемент сборки, то возможны только операции 

создания твердого тела и выреза. Повернутые элементы сборки могут 
проходить через другие детали.

Вращая контур, можно также создать поверхность, которая 

впоследствии применяется для ограничения других элементов или 
разделения детали.

Для создания поверхности можно использовать замкнутые и 

разомкнутые контуры. Эти поверхности могут использоваться в 
качестве вспомогательных поверхностей или для проектирования 
сложных форм.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
После выполнения лабораторной работы необходимо оформить 

отчет, который должен содержать:

• цель работы;
• введение;
• основные виды модели;
• список используемой литературы.

Отчет к лабораторной работе следует печатать, соблюдая 

следующие требования:

• текст набирается шрифтом Times New Roman кеглем не 

менее 12, строчным, без выделения, с выравниванием по 
ширине;

• абзацный отступ должен быть одинаковым и равен по 

всему тексту 1,27 см;

• строки разделяются полуторным интервалом;
• поля страницы: верхнее и нижнее не менее 20 мм, левое не 

менее 30 мм, правое не менее 10 мм;

• полужирный шрифт не применяется;
• разрешается использовать компьютерные возможности 

акцентирования внимания на определенных терминах, 
формулах, теоремах, применяя шрифты разной гарнитуры;

• введение и заключение не нумеруются.

Основную часть работы следует делить на разделы и 

подразделы:

• разделы 
и 
подразделы 
должны 
иметь 
порядковую 

нумерацию в пределах всего текста, за исключением 
приложений;

• нумеровать их следует арабскими цифрами;
• номер подраздела включает номер раздела и порядковый 

номер подраздела, разделенные точкой;

• после номера раздела и подраздела в тексте точку не 

ставят;

• разделы и подразделы должны иметь заголовки;
• заголовки разделов и подразделов следует печатать с 

абзацного отступа с прописной буквы без точки в конце, не 
подчеркивая;

• если заголовок состоит из двух предложений, их разделяют 

точкой;

• переносы слов в заголовках не допускаются.

Нумерация страниц текстовых документов: