КОМПАС-3D для студентов и школьников. Черчение, информатика, геометрия - часть 1

Оглавление

Введение .................................................................................................................. 1
Концептуальные особенности книги .................................................................... 1
Для кого предназначена эта книга? ....................................................................... 2
Структура книги ...................................................................................................... 3
Об авторе ................................................................................................................. 4

ЧАСТЬ I. РАБОТА С СИСТЕМОЙ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОМПАС-3D LT ....................................... 5

Глава 1. Принципы использования двумерных редакторов ....................... 7
1.1. Режимы работы в двумерном редакторе чертежей ...................................... 7
1.2. Создание изображений. Графические примитивы ....................................... 9
1.3. Редактирование изображений ....................................................................... 12
1.4. Оформление элементов чертежа .................................................................. 15

1.4.1. Нанесение размеров ................................................................................ 15
1.4.2. Штриховка замкнутых областей ............................................................ 17
1.4.3. Выполнение чертежных символов ........................................................ 19
1.4.4. Формирование и редактирование текстовой информации ................. 20

1.5. Создание и использование групп графических примитивов ..................... 21

1.5.1. Работа с конструкторской библиотекой ............................................... 22

Глава 2. Общие сведения о системе КОМПАС-3D LT ................................ 25
2.1. Основные типы документов ......................................................................... 25
2.2. Основные элементы интерфейса .................................................................. 26
2.3. Контекстные меню ......................................................................................... 28
2.4. Управление изображением модели .............................................................. 29
2.5. Управление режимом отображения детали ................................................. 31
2.6. Дерево модели ................................................................................................ 32

Оглавление

2.7. Геометрический калькулятор ....................................................................... 34
2.8. Измерение характеристик плоских и пространственных объектов .......... 38

2.8.1. Измерение характеристик плоских объектов ....................................... 38
2.8.2. Измерение характеристик пространственных объектов ..................... 41

Глава 3. Введение в трехмерное моделирование деталей ........................... 44
3.1. Формирование основания модели детали ................................................... 44
3.2. Добавление и удаление материала детали .................................................. 46
3.3. Дополнительные конструктивные элементы .............................................. 47
3.4. Система координат и плоскости проекций ................................................. 49
3.5. Настройка параметров и расчет характеристик моделей........................... 52

3.5.1. Определение и задание свойств детали ................................................ 52
3.5.2. Управление свойствами поверхности модели ...................................... 52
3.5.3. Выбор материала ..................................................................................... 53
3.5.4. Расчет массо-центровочных характеристик модели ............................ 54

3.6. Создание ассоциативных видов ................................................................... 54

3.6.1. Стандартные виды ................................................................................... 55
3.6.2. Разрез/сечение ......................................................................................... 56

3.7. Учебное пособие "Азбука КОМПАС" ......................................................... 57

ЧАСТЬ II. ЧЕРЧЕНИЕ С КОМПАС-3D ........................................................ 59

Глава 4. Создание трехмерных моделей и выполнение двумерных
  графических фрагментов .................................................................. 61
4.1. Изображение плоской детали. Нанесение размеров .................................. 61
4.2. Создание трехмерной модели и построение горизонтальной
  проекции детали ............................................................................................... 64
4.3. Создание трехмерной модели и построение видов сверху
и слева детали ................................................................................................. 68
4.4. Расположение видов на чертеже и создание трехмерных
моделей деталей ............................................................................................. 72
4.5. Проекционные задачи.................................................................................... 73
4.6. Выполнение разрезов .................................................................................... 75
4.7. Нанесение размеров разных типов ............................................................... 78
4.8. Изображение плоской детали с элементами скруглений ........................... 79

Глава 5. Примеры трехмерного моделирования и создания
ассоциативных чертежей................................................................... 81

5.1. Моделирование и выполнение чертежа радиатора .................................... 81

5.1.1. Создание трехмерной модели радиатора .............................................. 82
5.1.2. Ассоциативный чертеж ........................................................................... 85

Оглавление

5.2. Моделирование и выполнение чертежа втулки .......................................... 86

5.2.1. Создание трехмерной модели втулки.................................................... 86
5.2.2. Ассоциативный чертеж ........................................................................... 88

5.3. Моделирование и выполнение чертежа опоры ........................................... 90

5.3.1. Создание трехмерной модели опоры .................................................... 90
5.3.2. Создание ассоциативного чертежа опоры ............................................ 92

5.4. Моделирование и выполнение чертежа корпуса ........................................ 95

Глава 6. Изображение резьбы и резьбовых соединений ............................. 98
6.1. Изображение резьбы ...................................................................................... 98
6.2. Изображение резьбовых соединений ......................................................... 102
6.3. Изображение резьбовых соединений с крепежными деталями .............. 104

Глава 7. Создание сборок ................................................................................ 111
7.1. Использование детали-заготовки для имитации создания сборки ......... 111
7.2. Моделирование резьбового соединения .................................................... 114

ЧАСТЬ III. ИНФОРМАТИКА С КОМПАС-3D.......................................... 117

Глава 8. С КОМПАСом к геометрическому трехмерному
моделированию ................................................................................. 119

8.1. Место графической обработки информации в курсе информатики
и информационных технологий ................................................................. 120
8.2. Решение задач геометрического моделирования в растровом
и векторном редакторах .............................................................................. 122
8.3. Создание твердотельных моделей по известным изображениям ........... 129
8.4. Векторный редактор, встроенный в Word, или КОМПАС? .................... 133
8.5. Псевдообъем или реальная 3D-графика? .................................................. 138

Глава 9. Создание и редактирование твердотельных моделей ............... 143
9.1. Многовариантность твердотельного моделирования .............................. 143
9.2. От моделей реальных изделий в мир оптических иллюзий .................... 145

9.2.1. Трибар .................................................................................................... 145
9.2.2. "Бесконечная лестница" ........................................................................ 146
9.2.3. "Космическая вилка" ............................................................................. 149
9.2.4. "Сумасшедший ящик" ........................................................................... 150
9.2.5. Задание для самостоятельной работы ................................................. 152

9.3. Твердотельное моделирование сборочных единиц .................................. 153

Оглавление

9.4. Разнесение компонентов сборочных единиц ............................................ 159
9.5. 3D-моделирование и творчество ................................................................ 162

Глава 10. Тестирование начальных умений
по трехмерному моделированию ................................................. 168

ЧАСТЬ IV. Геометрия с КОМПАС-3D ......................................................... 173

Глава 11. Решения планиметрических задач
с помощью двумерного редактора .............................................. 175
11.1. Примеры решения задач на построение .................................................. 175
11.2. Примеры по разным темам с решениями ................................................ 179
11.3. Сведение стереометрических задач к планиметрическим ..................... 181

Глава 12. Создание 3D-моделей элементарных геометрических тел ..... 183
12.1. Гранные поверхности и многогранники .................................................. 183
12.2. Моделирование правильных многогранников ........................................ 186
12.3. Моделирование призматоидов ................................................................. 196
12.4. Моделирование правильных треугольных пирамид .............................. 201
12.5. Моделирование многогранников по координатам вершин ................... 206
12.6. Модели тел вращения и касающихся тел ................................................ 207

12.6.1. Особенности использования операции вращения ............................ 208
12.6.2. Построение моделей по параметрам сечений .................................. 209
12.6.3. Определение параметров касающихся геометрических тел ........... 210

ПРИЛОЖЕНИЯ ................................................................................................ 215

Приложение 1. Варианты учебных заданий ................................................ 217
Задания варианта 1.............................................................................................. 217
Задания варианта 2.............................................................................................. 222
Задания варианта 3.............................................................................................. 227
Задания варианта 4.............................................................................................. 232
Задания варианта 5.............................................................................................. 237
Задания варианта 6.............................................................................................. 242
Задания варианта 7.............................................................................................. 247
Задания варианта 8.............................................................................................. 252
Задания варианта 9.............................................................................................. 257
Задания варианта 10............................................................................................ 262

Оглавление

VII

Приложение 2. Исходные данные для твердотельного
моделирования сборок ......................................................... 267

Приложение 3. Исходные данные для моделирования
семейств деталей ................................................................... 273

Приложение 4. Карты тестирования начальных умений
по трехмерному моделированию ....................................... 274

Приложение 5. Описание DVD-диска ........................................................... 289

Список литературы .......................................................................................... 291

Предметный указатель .................................................................................... 294

Введение

Группа компаний "АСКОН" — ведущий российский разработчик и интегра-
тор решений в области систем автоматизированного проектирования (САПР).
В 2001 г. "АСКОН" выпустил некоммерческую систему для трехмерного мо-
делирования КОМПАС-3D LT.
В  2008  г.  в  рамках  национального  проекта  "Образование"  группа  компаний
"АСКОН"  оснастила  все  школы  России  учебной  САПР  КОМПАС-3D  LT.
В 6100 общеобразовательных учреждений России, реализующих инновационные
программы обучения, была поставлена профессиональная САПР КОМПАС-3D.
Более  1000  высших  и  средних  учебных  заведений  применяют  профессио-
нальное программное обеспечение в обучении студентов и научных исследо-
ваниях. В учебных аудиториях система установлена более чем по 45 000 ли-
цензиям.
Учебная  система  КОМПАС-3D  LT  предназначена  для  трехмерного  модели-
рования деталей и выпуска конструкторской документации. Она распростра-
няется свободно, не имеет ограничений по времени работы и количеству ти-
ражируемых копий и может использоваться на домашних компьютерах.
По данным "АСКОН" (www.ascon.ru) система КОМПАС-3D LT использует-
ся  в  школах  в  рамках  курсов  информатики,  черчения,  геометрии.  Однако
масштаб  эффективной  компьютерной  поддержки  преподавания  перечислен-
ных школьных курсов на базе система КОМПАС-3D LT несопоставимо мал
по  сравнению  с  потенциально  возможным.  Это  объясняется  и  отсутствием
соответствующей учебной литературы. Издание этой книги частично ликви-
дирует  недостаток  учебной  литературы  для  общеобразовательных  учрежде-
ний по компьютерному черчению и геометрическому моделированию.

Концептуальные особенности книги

Особенности книги, на которые следует обратить внимание:



книга знакомит с современным подходом к автоматизированному проекти-
рованию изделий, когда необходимая информация, требуемая для их созда-
ния, формируется на основе трехмерного моделирования этих изделий;

Введение



предлагаемые учебные задания основаны на использовании трехмерного
твердотельного моделирования и в наилучшей степени способствуют раз-
витию образного мышления;



предметом книги является решение задач школьного курса "Черчение"
средствами двумерной и трехмерной компьютерной графики;



предметом книги является привнесение в известные учебные задачи блока
"Технология обработки графической информации" курса "Информатика"
элементов трехмерного геометрического моделирования;



в книге демонстрируются возможности использования свободно распро-
страняемой системы КОМПАС-3D LT для решения задач курса "Гео-
метрия";



особенности выполнения большинства заданий раскрываются в рисунках,
на которых показана последовательность операций, связанных с построе-
ниями тех или иных изображений или моделей;



форма и содержание разработанных заданий позволяют выполнить их
в графических средах различных векторных редакторов;



последовательность представления и формулировки заданий обеспечивает
постепенность освоения двумерного и трехмерного редакторов на основе
решения основных задач школьного курса "Черчение";



исходные данные в заданиях подготовлены так, чтобы продуктивные гра-
фические построения на компьютере были ориентированы на заданные
темы;



дидактические материалы могут быть использованы и для изучения "Чер-
чения" по традиционным (без применения информационных технологий)
методикам;



материалы пособия и прилагаемого к нему DVD-диска обеспечивают воз-
можность внедрения дистанционных форм обучения.

Для кого предназначена эта книга?

Книга обеспечивает компьютерную поддержку курсов, в которых рассматри-
вается применение информационных графических технологий. Наиболее
полно представлена поддержка изучения курсов чертежно-графической на-
правленности:



в общеобразовательных школах: 15 заданий в 10 вариантах предназначе-
ны для выполнения их в компьютерных классах или на домашних компь-
ютерах;

Введение



на подготовительных отделениях вузов;



на курсах повышения квалификации учителей-предметников, а также
в педагогических вузах при подготовке по специальности "Изобразитель-
ное искусство и черчение" или "Дизайн";



в школах и при индивидуальном использовании дистанционных форм
изучения курса "Черчение".

Материалы книги и размещенные на прилагаемом DVD-диске могут обеспе-
чить эффективное самостоятельное освоение системы КОМПАС-3D и одно-
временно помочь ликвидировать возможные пробелы в школьном чертежно-
графическом образовании [9].

Структура книги

Пособие состоит из введения, четырех частей и имеет 5 приложений:



в части I рассмотрены общие вопросы работы с системой КОМПАС-3D LT;



часть II знакомит с решением классических, чертежно-графических задач
с помощью 2D- и 3D-редакторов;



в части III показано, что рассмотрение элементов трехмерного геометри-
ческого моделирования в разделе "Технология обработки графической
информации" курса "Информатика" может и оживить курс, и сделать его
более современным и содержательным;



часть IV знакомит с возможностью применения свободно распространяе-
мого графического редактора для решения планиметрических и стерео-
метрических задач;



приложение 1 содержит 10 вариантов заданий по 15 темам курса "Черче-
ние";



в приложении 2 представлено 12 вариантов заданий по созданию твердо-
тельных моделей сборочных единиц;



приложение 3 содержит 15 вариантов заданий по созданию семейства мо-
делей деталей;



в приложении 4 представлено 15 вариантов карт тестирования начальных
умений по трехмерному моделированию;



приложение 5 содержит описание DVD-диска.

Разработанные и представленные в книге материалы прошли многолетнюю ап-
робацию в учебном процессе. По заданиям пособия автор проводил занятия со
школьниками, студентами различных вузов, преподавателями-предметниками.

Введение

Эффективность графической подготовки по методикам, раскрытым в посо-
бии, многократно подтверждалась победами студентов СПбГЭТУ "ЛЭТИ" на
олимпиадах различных уровней по инженерной и компьютерной графике.

Об авторе

Большаков  Владимир  Павлович —  почетный  работник  высшего  профессио-
нального образования Российской Федерации, работает доцентом на кафедре
"Прикладной механики и инженерной графики" СПГЭТУ "ЛЭТИ" и с 1979 г.
преподает общепрофессиональные дисциплины геометрической и графической
направленности.  Автор  около  170  печатных  работ,  в  том  числе  48  авторских
свидетельств СССР, 2 монографий, 16 методических указаний, 14 учебных по-
собий  для  студентов  вузов,  4  учебных  пособий  для  учителей  и  школьников.
Большинство  учебно-методических  изданий  содержат  результаты  разработок
по  компьютерной  поддержке  преподавания  геометрических  и  графических
дисциплин. В течение нескольких лет проводил на базе Регионального учеб-
ного центра информатизации образования Санкт-Петербурга курсы повыше-
ния  квалификации  учителей-предметников  по  черчению,  геометрии  и  ин-
форматике.
Большаковым  В.  П.  получено  свидетельство  об  официальной  регистрации
базы  данных  № 990059  "Электронный  сборник  задач по компьютерной гра-
фике". Каталог этого сборника с 1999 г. размещен на университетском сайте
(www.eltech.ru/misc/graph/index.html).  В  настоящее  время  по  указанному
адресу  размещена  новая  расширенная  четвертая  версия  каталога,  в  котором
содержатся примеры представления исходных данных и выполнения 32 зада-
ний по различным темам. Организатор проведения в 2000/2009 гг. 10 олим-
пиад  студентов  вузов  Санкт-Петербурга  по  инженерной  и  компьютерной
графике (www.eltech.ru/news/graph/index.htm).
По  итогам  первого  Всероссийского  конкурса  на  лучшую  учебно-
методическую разработку по применению САПР КОМПАС в 2004 г. награж-
ден  специальным  дипломом  "За  разработку  электронных  учебных  пособий
по  САПР  КОМПАС".  По  итогам  второго  Всероссийского  конкурса  учебно-
методических  разработок  по  применению  систем  КОМПАС  в  учебном  про-
цессе  в  2005  г.  награжден  дипломом  2-й  степени. Сертифицированный пре-
подаватель  по  системе  КОМПАС-3D  2-й  ступени  специализации  "Машино-
строение".

Ч А С Т Ь I

Работа с системой

автоматизированного

проектирования

КОМПАС-3D LT

Глава 1

Принципы использования
двумерных редакторов

С  помощью  двумерных  редакторов  CAD-систем  (Computer  Aided  Design —
конструирование,  поддержанное  компьютером)  создается  большинство  гра-
фических  конструкторских  документов.  Учитывая,  что  базовые  двумерные
средства  черчения  позволяют  автоматизировать  значительную  часть  конст-
рукторских работ, кратко рассмотрим общие принципы и возможности кон-
струирования и черчения с помощью двумерных графических редакторов.

1.1. Режимы работы
в двумерном редакторе чертежей

В  редакторе  чертежей  пользователь  получает  два  вида  информации:  сим-
вольные  сообщения  системы  и  синтезируемое  графическое  изображение.
К  символьным сообщениям относятся запросы  системы, указатели режимов
(состояний) системы, отображения текущих координат курсора.
Курсор  является  многофункциональным  инструментом,  используемым  как
для рисования (по аналогии с карандашом, циркулем и линейкой), так и для
управления  системой  путем  выбора  команд,  указания  подлежащих  той  или
иной операции чертежных элементов и т. д.
Режимы рисования, реализуемые в двумерных редакторах, могут значитель-
но облегчить и ускорить создание и редактирование изображений, обеспечи-
вая при этом и высокую точность построений.
Режим  Сетка  наиболее  эффективен  для  получения  изображений  с  регуляр-
ной структурой. Такими изображениями могут быть, например, чертежи про-
стых валов. Квадратная или прямоугольная сетка получается на экране после
ввода соответствующей команды и значений шагов сетки. Любые элементы,
которые строятся на этой сетке, будут автоматически "захватывать" ближай-
шие узлы (рис. 1.1, а).

Часть I. Работа с системой автоматизированного проектирования…

Рис. 1.1. Рисование в режиме Сетка (а), в режиме Орто (б)

Режим  Орто  обеспечивает  построение  горизонтальных  и  вертикальных  от-
резков  (рис. 1.1, б).  Если  сетка  шаговой  привязки  повернута,  направление
действия режима Орто изменяется на угол ее поворота.
Режим объектной привязки обеспечивает максимальную точность черчения
и  позволяет  "привязываться"  к  характерным  точкам  существующих  на  чер-
теже  объектов.  Механизм  объектной  привязки  активизируется всегда, когда
запрашивается соответствующая точка.
Режим  вспомогательных  построений  имитирует  построения  в  "тонких  ли-
ниях" параллельных и перпендикулярных прямых, различных окружностей и
дуг  с  целью  получения  искомых  точек  пересечения  и  касания  геометриче-
ских  элементов.  В  дальнейшем  по  полученным  отрезкам,  дугам  и  точкам
производится "обводка", а "тонкие линии" при завершении чертежа стирают-
ся. На твердую копию вспомогательные элементы не выводятся.
Использование окна позволяет увидеть изображение в требуемом масштабе.
Операция, при которой весь чертеж или некоторую его часть можно увидеть
через окно, называется зуммированием. При этом расстояния между точками
в условных единицах измерения всегда остаются постоянными. Пользовате-
лю, как правило, предоставляется несколько вариантов задания окна, напри-
мер: указанием двух точек диагонали окна (при этом на экране будет виден
"резиновый" прямоугольник образуемого нового окна), а центральной точкой

нового  окна  будет  центр  прямоугольника;  указанием  центральной  точки
и  масштаба  окна.  Кроме  того,  пользователю  предоставляется  возможность
просмотра любой части чертежа без изменения масштаба, когда окно как бы
передвигается по полю чертежа. Такая операция получила название панора-
мирования.
Использование  видов  (так  называемой  техники  вьюпортов)  разбивкой  поля
экрана и, соответственно, поля чертежа на различные, независимые области
прямоугольной формы в чертеже не является обязательным. На этапах редак-
тирования  чертежа  виды  можно  переименовывать,  двигать,  поворачивать,
масштабировать, копировать (в том числе из других чертежей), удалять.
Использование  слоев  позволяет  расположить  отдельные  части  изображения
в  разных  слоях.  Чертеж  мысленно  разделяется  на  некоторое  количество

Глава 1. Принципы использования двумерных редакторов

плоскостей (слоев). За каждой из этих плоскостей могут быть закреплены
различные графические элементы. Принцип "расслоения" легко понять, если
представить себе несколько чертежей, каждый из которых выполнен на от-
дельной прозрачной пластине. Можно просматривать либо каждую пластину
в отдельности, либо, накладывая несколько пластин друг на друга, получать
совместное изображение.

1.2. Создание изображений.
Графические примитивы

Команды  создания  графических  примитивов  позволяют  строить  единые
и неделимые объекты различными типами линий и разными цветами.
Точка,  как  правило,  является  вспомогательным  средством  для  маркировки
и  последующего  нахождения  определенной  позиции  в  системе  координат.
В  большинстве  систем  точку  можно  изобразить  маркерами  различных  ти-
пов и размеров. На твердую копию точечный элемент, как правило, не вы-
водится.
Прямая  является  наиболее  часто  используемым  графическим  примитивом.
Исходные элементы, с помощью которых строятся прямые, могут задаваться
различными способами (табл. 1.1).

Таблица 1.1. Способы задания прямой

Исходные
элементы

Результат

Исходные
элементы
(для построения
касательной)

Результат

Точки T1, T2

ы Р

(

)

я Р

S S

ы Р

(

)

О О

л к

Окружность O
и точка T

ы Р

(

)

я Р

S S

ы Р

(

)

О О

л к

Точка T и угол
к положительному
направлению оси x

ы Р

(

)

я Р

S S

ы Р

(

)

О О

л к

Окружности O, O1

ы Р

(

)

я Р

S S

ы Р

(

)

О О

л к

Точка T на гипоте-
нузе и катеты
(dX, dY)

ы Р

(

)

я Р

S S

ы Р

(

)

О О

л к

Окружность O
и угол к положи-
тельному направ-
лению оси x

ы Р

(

)

я Р

S S

содержание .. 1 2 ..