Компас-3d. Разработка трехмерной схемы материнской платы ECS 865PE-A с помощью САПР КОМПАС 3D

Основные задачи, которые решает система КОМПАС-3D — формирование трехмерной модели детали, отдельных деталей и сборочных единиц, содержащих как типичные, так и нестандартные конструктивные элементы с целью передачи геометрии в различные расчетные пакеты или пакеты разработки управляющих программ, а также создание конструкторской документации на разработанные детали.

КОМПАС-3D позволяет быстро получать модели типовых изделий на основе однажды спроектированного прототипа. Программа имеет собственное математическое ядро и параметрические технологии, при помощи которых, можно произвести некоторые расчеты (масса, объем, площадь поверхности, характеристики детали) непосредственно в КОМПАС-3D.

Основной набор задач, выполняемых КОМПАС-3D:

• · моделирование изделий с целью создания конструкторской и технологической документации (сборочных чертежей, спецификаций, деталировок и т. д.);
• · моделирование изделий с целью расчета их технических характеристик;
• · моделирование изделий для передачи геометрии в расчетные пакеты;
• · моделирование деталей для передачи геометрии в пакеты разработки управляющих программ;
• · создание изометрических изображений (например, для составления каталогов, создания иллюстраций к технической документации и т. д.).

Детали.

Модель детали является отдельным типом документа системы КОМПАС. Общепринятым порядком моделирования является последовательное выполнение операций (сложения и вычитания) над объемными примитивами (сферами, призмами, цилиндрами, конусами, пирамидами и т. д.).

В КОМПАС-3D объемные объекты образуются путем выполнения такого перемещения плоской фигуры в пространстве, след от которого определяет форму объекта (например, поворот окружности вокруг оси образует сферу, а смещение многоугольника — призму).

Удобный прием моделирования изделий, которые отличаются лишь некоторыми конструктивными элементами — использование в качестве основания детали ранее подготовленной модели — детали-заготовки. Деталь-заготовку можно вставить в модель, сохранив ссылку на содержащий ее файл (иначе говоря, сохранив связь с файлом-источником). В этом случае любые изменения модели в файле-источнике будут передаваться во все модели, содержащие данную заготовку. Использование детали-заготовки в некоторых случаях позволяет значительно ускорить работу системы при моделировании деталей высокой сложности.

В модель можно вставлять не только деталь-заготовку, но и ее зеркальную копию. Благодаря этому модели зеркально симметричных деталей можно создать за несколько секунд. Причем эта деталь может отслеживать все изменения, вносимые в ее прототип, и самостоятельно перестраиваться в соответствии с этими изменениями, сохраняя свойство симметрии.

Допускается также создание разрезов и сечений детали. Рассмотрим практический пример применения этой возможности. Для штамповки отбойника (детали дорожного ограждения) необходимы матрица и пуансон. Они изготавливаются на фрезерном станке. Для контроля формы изготовленных матрицы и пуансона требуется набор шаблонов, соответствующих сечениям отбойника через каждые 50 мм. Построение таких сечений методами начертательной геометрии — чрезвычайно трудоемкая задача. Для ее упрощения можно воспользоваться функциями КОМПАС-3D. Сформировав трехмерную модель отбойника, зададим положение плоскостей сечений и вызовем команду построения чертежа детали. Все нужные сечения, а также указанные виды детали автоматически появятся в новом чертеже КОМПАС-ГРАФИК. Напечатанный в масштабе 1:1 лист чертежа используется для получения шаблонов.

Плоская фигура, на основе которой образуется тело, называется эскизом, а формообразующее перемещение эскиза — операцией.

Эскизы.

Эскиз изображается на плоскости стандартными средствами чертежно-графического редактора КОМПАС-ГРАФИК. При этом доступны все команды построения и редактирования изображения, команды параметризации и сервисные возможности. Единственным исключением является невозможность ввода некоторых технологических обозначений и объектов оформления. В эскиз можно перенести изображение из ранее подготовленного в КОМПАС-ГРАФИК чертежа или фрагмента. Это позволяет при создании трехмерной модели опираться на существующую чертежно-конструкторскую документацию. Эскиз может располагаться в одной из ортогональных плоскостей координат, на плоской грани существующего тела или во вспомогательной плоскости, положение которой задано пользователем.

Операции над эскизом:

• · вращение эскиза вокруг оси, лежащей в плоскости эскиза;
• · выдавливание эскиза в направлении, перпендикулярном плоскости эскиза;
• · кинематическая операция — перемещение эскиза вдоль указанной направляющей;
• · построение тела по нескольким сечениям-эскизам.

Каждая операция имеет дополнительные опции, позволяющие варьировать правила построения тела:

• · при вращении эскиза можно задать угол и направление поворота относительно плоскости эскиза и выбрать тип тела;
• · при выдавливании эскиза можно задать расстояние и направление выдавливания относительно плоскости эскиза и при необходимости ввести угол уклона;
• · при выполнении кинематической операции можно задать ориентацию образующей относительно направляющей;
• · при построении тела по сечениям можно указать, требуется ли замыкать построенное тело.

Во всех типах операций можно включить опцию создания тонкостенной оболочки и задать толщину и направление построения стенки — внутрь, наружу или в обе стороны от поверхности тела, образованного операцией.

После создания базового тела производится «приклеивание» или «вырезание» дополнительных объемов. Каждый из них представляет собой тело, образованное при помощи перечисленных выше операций над новыми эскизами. При выборе типа операции нужно сразу указать, будет создаваемое тело вычитаться из основного объема или добавляться к нему. При вводе параметров операции вырезания или приклеивания доступно несколько больше опций, чем в базовой (самой первой) операции. Дополнительные опции позволяют упростить задание параметров. Например, при создании сквозного отверстия можно не рассчитывать его длину, а выбрать опцию «Через всю деталь», а при создании бобышки указать, что она должна быть построена до определенной поверхности.

Дополнительные операции позволяют упростить задание параметров распространенных конструктивных элементов — фаски, скругления, цилиндрического отверстия, уклона, ребра жесткости. Так, для построения фаски не нужно рисовать эскиз, перемещать его вдоль ребра и вычитать получившийся объем из основного тела. Достаточно указать ребро или несколько ребер или грани для построения фаски и ввести ее параметры — величину катетов или величину катета и угол. Аналогично при построении отверстия достаточно выбрать его тип (например, отверстие глухое с зенковкой и цековкой) и ввести соответствующие параметры.

На любом этапе работы тело можно преобразовать в тонкостенную оболочку (для этого нужно будет исключить одну или несколько граней, которые не должны входить в оболочку). Порядок работы с получившейся оболочкой будет прежним — добавление и вычитание тел, формирование фасок, скруглений, отверстий, ребер жесткости и т. д.

На любом этапе работы можно удалить часть тела по границе, представляющей собой плоскость или цилиндрическую поверхность, образованную выдавливанием произвольного эскиза. Удобный прием моделирования изделий, которые отличаются лишь некоторыми конструктивными элементами — использование в качестве базового тела ранее подготовленной модели (она называется заготовкой). Последующая работа с таким базовым телом («приклеивание» и «вырезание» дополнительных объемов) ничем не отличается от работы с телом, полученным путем операции над эскизом.

Часто при построении тела требуется произвести несколько одинаковых операций так, чтобы образовавшиеся элементы были определенным образом упорядочены (например, отверстия образовывали прямоугольный массив, или бобышки были симметричны относительно плоскости). Для повторения операции можно воспользоваться командой Копия. В КОМПАС-3D доступны разнообразные способы копирования: копирование по сетке, по окружности, вдоль кривой, зеркальное копирование. Возможно не только копирование операций выдавливания и приклеивания, но и «копирование копирования», и возможность удаления отдельных экземпляров из массива копий.

Для создания детали, обладающей плоскостью симметрии, можно воспользоваться командой «Зеркально отразить все», а для получения детали, симметричной существующей — командой «Зеркальная деталь» .

Вспомогательные построения.

Как упоминалось выше, эскиз может быть построен на плоскости (в том числе на любой плоской грани тела). Для выполнения некоторых операций (например, копирования по окружности) требуется указание оси или направляющей. Если существующих в модели ортогональных плоскостей, граней и ребер недостаточно для построений, пользователь может создать вспомогательные плоскости, оси и пространственные кривые, задав их положение одним из предусмотренных системой способов. Например, ось можно провести через две вершины или через прямолинейное ребро, а плоскость — через три вершины или через ребро и вершину. Существуют и другие способы задания положения вспомогательных элементов. Применение вспомогательных конструктивных элементов значительно расширяет возможности построения модели.

Сборка.

Модель сборки является отдельным типом документа системы КОМПАС. Сборка состоит из отдельных деталей и подсборок, которые, в свою очередь, также могут состоять из деталей и подсборок. Проектирование сборки ведется «сверху вниз»; каждая новая деталь моделируется на основе уже имеющихся деталей с использованием параметрических взаимосвязей.

Детали и подсборки могут создаваться непосредственно в сборке или вставляться в нее из существующего файла. Кроме разработанных пользователем (уникальных) моделей, компонентами сборки могут быть стандартные изделия (крепеж, опоры валов и т. д.), библиотека которых входит в комплект поставки системы.

Взаимное положение компонентов сборки задается путем указания сопряжений между ними. В системе доступны разнообразные типы сопряжений: совпадение, параллельность или перпендикулярность граней и ребер, расположение объектов на расстоянии или под углом друг к другу, концентричность, касание. Процесс формирования сборки как бы повторяет действия слесаря-сборщика. Каждая деталь последовательными действиями «приставляется» к соседним деталям и подсборкам.

Компонент сборки можно свободно перемещать и поворачивать «мышью», если этому не препятствуют сопряжения, в которых участвует компонент (например, втулку, концентрично установленную в отверстие, можно вращать вокруг оси и перемещать вдоль оси). Компонент можно также зафиксировать в текущем положении; вращение и перемещение зафиксированного компонента невозможно.

Любое сопряжение может быть удалено или отредактировано. Несколько компонентов (деталей и подсборок) могут объединяться в новую подсборку. Выполнение формообразующих операций возможно не только в модели детали, но и в модели сборки. Примером такой «совместной» операции могут служить создание отверстия в сборке и сечение сборки плоскостью.

Для создания копий компонентов используются такие же операции, как для копирования формообразующих элементов детали — копирование по сетке, по окружности, вдоль кривой, зеркальное копирование.

При работе с трехмерной моделью вся последовательность построения отображается в отдельном окне в виде «дерева построения». В нем перечислены все существующие в модели вспомогательные элементы, эскизы и выполненные операции в порядке их создания. Помимо дерева, отражающего историю создания модели, КОМПАС-3D запоминает иерархию ее элементов (компонентов). В любой момент возможен просмотр иерархии в специальном диалоге. В нем отображаются все топологические отношения между элементами модели. Например, эскиз, построенный на грани какого-либо тела, располагается в иерархической ветви, соответствующей этому телу.

Существует два аспекта параметризации трехмерной модели в КОМПАС-3D. Во-первых, каждый эскиз может быть параметрическим. На его объекты можно наложить различные параметрические связи и ограничения (вертикальность и горизонтальность, параллельность и перпендикулярность, выравнивание, симметрия, касание). Возможно задание зависимостей между параметрами графических объектов эскиза. Таким образом, в эскизах реализована та же вариационная идеология параметризации, что и в графических КОМПАС-документах. Во-вторых, при создании модели система запоминает не только порядок ее формирования, но и отношения между элементами (например, принадлежность эскиза грани или указание ребра в качестве пути для кинематической операции). Таким образом, реализована иерархическая идеология параметризации объемных построений.

Наличие параметрических связей и ограничений в модели накладывает отпечаток на принципы ее редактирования.

В КОМПАС-3D в любой момент возможно изменение параметров любого элемента (эскиза, операции, сопряжения) модели. После задания новых значений параметров модель перестраивается в соответствии с ними. При этом сохраняются все существующие в ней связи. Например, пользователь изменяет глубину операции выдавливания и ее эскиз; в результате другой эскиз, построенный на торце образованного этой операцией тела, все равно остается на этом торце, а не «повисает» в пространстве на своем прежнем месте. Следует особо подчеркнуть, что после редактирования элемента, занимающего любое место в иерархии построений, не требуется заново задавать последовательность построения подчиненных элементов и их параметры. Вся эта информация хранится в модели и не разрушается при редактировании отдельных ее частей. Если произведено такое редактирование модели, которое делает невозможным существование каких-либо ее элементов с учетом параметрических связей, КОМПАС-3D выдает соответствующее диагностическое сообщение. В нем указана конкретная причина конфликта или потери связи между элементами модели. Справочная система содержит рекомендации по возможным путям устранения ошибки.

Кроме команд, непосредственно относящихся к построению трехмерной модели, в распоряжении пользователя находятся многочисленные сервисные возможности. Их использование позволяет управлять отображением детали, производить разнообразные измерения, формировать плоские изображения детали.

Для изменения отображения модели можно пользоваться командами управления масштабом отображения в окне, командами перемещения (поворота и сдвига) модели в пространстве. Доступно несколько способов отображения модели: каркас, отображение без невидимых линий или с тонкими невидимыми линиями, полутоновое отображение. Для каждой отдельной грани или для всей модели в целом можно задавать свойства поверхности: цвет, степень блеска, прозрачности и т. д.

Возможно измерение различных геометрических характеристик: расстояний между вершинами, ребрами и гранями в любой комбинации, измерение длин ребер и периметров граней, измерение площадей граней. Производится расчет массо-инерционных характеристик модели: объема, массы, координат центра тяжести, осевых и центробежных моментов инерции.

При работе со сборкой доступна команда обнаружения пересечений компонентов. При помощи соответствующей команды можно создать плоское изображение (своеобразную «заготовку чертежа») трехмерной модели. Доступен выбор любой комбинации проекций, масштаба, параметров расположения видов, способов изображения невидимых линий и линий перехода. Полученное изображение размещается в файле КОМПАС-чертежа. Дальнейшее его оформление — простановка размеров и технологических обозначений, заполнение технических требований и т. д. — производится привычными средствами чертежно-графического редактора. Сборка может отображаться в «разобранном» виде, это может потребоваться, например, при создании изображения для каталога.