Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» Кафедра информационных и автоматизированных производственных систем Составитель Г. А. Алексеева КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ Методические указания к курсовому проекту для студентов II курса специальности СПО 27.02.07 Управление качеством продукции, процессов и услуг (по отраслям) Рекомендовано цикловой методической комиссией математических и естественнонаучных дисциплин в качестве электронного издания для использования в образовательном процессе Кемерово 2019 1 Рецензенты: Чичерин И. В. кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой информационных и автоматизированных производственных систем ФГБОУ ВО «Кузбасский государственный технический университет имени Т. Ф. Горбачева» Алексеева Галина Алексеевна Компьютерное моделирование: методические указания к курсовому проекту [Электронный ресурс] для студентов II курса специальности СПО 27.02.07 Управление качеством продукции, процессов и услуг (по отраслям) / сост. Г. А. Алексеева; КузГТУ. – Электрон. издан. – Кемерово, 2019. Приведено содержание курсового проекта, материал, необходимый для успешного изучения дисциплины. Назначение издания – помощь обучающимся в получении знаний по дисциплине «Компьютерное моделирование» и организация работы над курсовым проектом. КузГТУ, 2019 Алексеева Г. А., составление, 2019 2 1 ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Цель курсовой работы – закрепить теоретические знания, полученные студентами при изучении дисциплины, и развить практические навыки самостоятельного решения задач конструкторско-технологической подготовки производства с использованием современных информационных технологий. Курсовой проект является самостоятельной работой студента, поэтому успешное выполнение ее в большой степени зависит от проявленной автором инициативы, самостоятельности и организованности в работе. Роль руководителя работы состоит в том, чтобы помочь студенту овладеть методикой автоматизированного решения поставленных задач, установить объем работы, указать на допущенные ошибки, рекомендовать необходимые литературные источники. 2 ТЕМАТИКА И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА Задание на курсовой проект формулирует руководитель работы, утверждает на заседании кафедры и оформляет на специальном бланке задания. Темой курсового проекта является автоматизированная конструкторско-технологическая подготовка отдельных машиностроительных деталей или сборочных единиц средней сложности, которая может быть реализована средствами модулей твердотельного моделирования, черчения. Задание на курсовой проект является индивидуальным. В отдельных случаях для подробной разработки тем может быть выдано комплексное задание для группы студентов. Объем в этом случае устанавливается руководителем, исходя из средних объемов графической и текстовой частей на одного студента. Курсовой проект состоит из пояснительной записки (основной документ) и электронной части. Пояснительная записка (ПЗ) представляет собой текстовый документ объемом до 40 страниц формата А4. Содержание ПЗ рассмотрено ниже. Электронная часть включает в себя: 3 1. Файл сборки заданного изделия. Файл должен содержать твердотельную сборку, разборку, сборочный чертеж, спецификацию. 2. Файлы деталей и подсборок заданного изделия Файлы должны содержать только твердотельную модель деталей. Один файл детали должен содержать параметризированную твердотельную модель, рабочий чертеж. 3. Файл анимации работы или разборки изделия 4. Презентацию к докладу, содержащую 8-10 слайдов. Рекомендуется следующий набор слайдов (примеры приведены в приложении Б): – сценарий сборки модели изделия по шагам (2-3 слайда); – фотореалистическое представление изделия (1 слайд); – сборочный чертеж (1 слайд); – разборка (1 слайд); – сценарий построения модели детали по шагам (1-2 слайда); – иллюстрации к процедурам построения наиболее сложных и интересных компонентов модели (1 слайд); – рабочий чертеж детали (1 слайд); – анимация функционирования или разборки изделия. Законченную ПЗ подписывают студент и руководитель. 3 СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ И ЗАЩИТА КУРСОВОГО ПРОЕКТА Срок выполнения определяют учебным планом и указывают в задании на курсовой проект, выдаваемом студенту (приложение А). Выполнение работы разделяется на укрупненные этапы (таблица 1). Консультации по каждому этапу ведутся в пределах указанных сроков. Если этап не закончен в срок без уважительных причин, консультации по нему могут быть прекращены и студент доделывает его самостоятельно. К защите допускаются студенты, выполнившие курсовой проект в установленном объеме и допущенные к защите руководителем. Защита осуществляется в назначенный кафедрой срок. Для доклада по проекту студенту предоставляется 5–7 минут с 4 последующим ответом на вопросы. Доклад должен сопровождаться демонстрацией иллюстративного материала на компьютере. Таблица 1 – Примерные сроки выполнения курсовой работы по этапам Количество Наименование этапа недель на этап 1. Анализ задания на проектирова1 ние 2. Разработка твердотельных моде10 лей деталей 3. Создание сборочной 3D модели 2 4. Создание сборочного чертежа из1 делия 3 5. Формирование спецификации. Оформление пояснительной записки Итого Трудоемкость В часах Процент этапа к общему объему 2 6 16 44 4 4 11 11 10 28 36 100 4 СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ В ПЗ необходимо описывать команды, процедуры построения, заполненные формы параметров и пр., только непосредственно используемые для выполнения поставленной задачи. Не следует приводить известные определения, теоретические положения, выписки из инструкции пользователя по применению той или иной команды и пр. В ПЗ должны содержаться все необходимые для понимания изложенного рисунки, эскизы, таблицы и пр. Все рисунки и таблицы должны иметь номер и название, в тексте на них должны быть ссылки. Сокращения слов допускаются только общепринятые. Листы ПЗ должны иметь рамки и штампы, установленные стандартом. 4.1 Построение твердотельных моделей деталей и сборки Необходимо проанализировать конструкцию изделия. Выяснить назначение и принцип действия изделия. Определить де- 5 тали входящие в состав изделия. Каждую деталь разделить на основные простые конструктивные элементы. Исходя из полученного набора элементов и их пространственной взаимосвязи, определить сценарий (порядок) построения твердотельной модели. На этом этапе сценарий разработать укрупнено по шагам с указанием на каждом шаге только возможных методов построения компонентов. Если компонент можно получить различными методами, то определить возможный набор процедур построения. Описание процедур обязательно сопровождать поясняющими рисунками, копиями экрана и пр., позволяющими точно и однозначно понять предлагаемое решение. В ПЗ привести полное описание всех используемых процедур (для одной детали). После создания очередного компонента необходимо создавать промежуточный вид текущего состояния модели, чтобы в дальнейшем оформить слайд сценариев построения модели детали и сборки по шагам. 4.2 Построение видов и чертежей В ПЗ приводят необходимые пояснения по процедурам построения и редактирования видов и чертежей, используемые команды, значения опций и параметров. Чертежи выносят в приложения к ПЗ. 4.3 Приложения В приложении приводят распечатки слайдов презентации, таблица параметров, спецификация, другие материалы вспомогательного характера, помещение которых в основной текст ПЗ нецелесообразно. 5 ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ 5.1 Задание на проектирование Разработать комплект конструкторской документации на сборочное изделия «зажимное приспособление» (рисунок 1). 6 Рисунок 1 – Зажимное приспособление 5.2 Описание изделия Приспособление применяется для зажима обрабатываемых деталей на фрезерных станках. Корпус 1 привертывают к станку четырьмя болтами. В паз корпуса вставлен вкладыш 4, в котором вращается винт 2, имеющий правую и левую прямоугольную резьбу. Для перемещения кулачков 3 и 6 нужно ключом вращать винт 2. После того как кулачки зажмут обрабатываемую деталь, ключом затягивают гайку 10. Левая стенка паза шпильки 7 прижимает кулачек 3 (рисунок 2). 7 Рисунок 2 – Детали изделия 5.3 Построение параметрической модели детали На рисунке 3 показаны основные конструктивные элементы детали. Рисунок 3 – Основные конструктивные элемента детали 8 В таблице 2 приведен общий порядок построения компонентов модели и соответствующие методы твердотельного моделирования. Таблица 2 – Порядок построения твердотельной модели № шага 1 2 3 4 5 6 Наименование компонента Основание Операция твердотельПараметры компонента ного моделирования, булева операция Выталкивание ВсОсн – высота основания ШрОсн – ширина основания ДлОсн – длина основания Верхняя Выталкивание, сложе- ШрВерхКул – ширина часть кулачка ние верхней части кулачка ВсКул – высота кулачка Нижнее резь- Отверстие РастДоНижОтв – расбовое отверстояние до нижнего отстие верстия ДрЦик – диаметр циковки ГлЦик – глубина циковки Отверстие Верхнее РасДоВерОтв – рассторезьбовое отяние до верхнего отверверстие стия ШрФШрЗенк – ширина зенковки Скругление Сглаживание РадСкр – радиус скругления Фаска Сглаживание ШирФаск – ширина фаски Рассмотрим предлагаемый сценарий по шагам подробнее. 5.3.1 Основание В качестве рабочей плоскости для создания профиля основания выберем «Вид спереди». Эскиз основания и результат выталкивания приведен на рисунке. 4. 9 Рисунок 4 – Эскиз основания и результат выталкивания основания 5.3.2 Верхняя часть кулачка В качестве рабочей плоскости для создания профиля верхней части кулачка выберем верхнюю грань основания. Эскиз верхней части кулачка и результат выталкивания приведен на рисунок 5. Рисунок 5 – Эскиз верхней части кулачка и результат выталкивания 5.3.3 Нижнее резьбовое отверстие Для создания нижнего резьбового отверстия создадим 3Dузел на грани кулачка. 3D-узел, вид и параметры отверстия, результат выполнения операции приведены на рисунке 6. 10 Рисунок 6 – 3D-узел, вид и параметры отверстия, результат выполнения операции 5.3.4 Верхнее резьбовое отверстие Для создания верхнего резьбового отверстия создадим 3Dузел на грани кулачка. 3D-узел, вид и параметры отверстия, результат выполнения операции приведены на рисунке 7. Рисунок 7 – 3D-узел, вид и параметры отверстия, результат выполнения операции 5.3.5 Сглаживание Результаты сглаживания кромок детали приведены на рисунке 8. 11 Рисунок 8 – Результаты сглаживания кромок детали На этом создание твердотельной модели детали закончено. Дерево 3D-модели приведено в приложении Б, список переменных – в приложении В. 5.4 Создание рабочего чертежа детали Чертеж строится на основе 3D-модели детали корпус. Любые изменения геометрии модели будут отражены на чертеже. Для создания чертежа откроем 2D-окно: Окно → Разделить по вертикали → 2D окно 5.4.1 Создание вида сверху Для создания вида сверху выполним следующую последовательность команд: Построения → 2D проекция → Создать стандартный вид → Вид сверху Поместим вид сверху в 2D-окне. В параметрах вида настроим отображение невидимых линий. Результат создания вида сверху приведен на рисунке 9. 12 Рисунок 9 – 2D-окно. Вид сверху 5.4.2 Создание разреза Сначала необходимо построить вспомогательные линии, используя команды: Построения → Прямая Построения → Окружность Теперь к местам пересечения вспомогательных линий можно привязать точки линии сечения. Для создания линии сечения вызовем команду: Чертеж → Обозначение вида Результат построений приведен на рисунке 10. Рисунок 10 – Дополнительные построения и линия сечения Следующим шагом мы получим разрез на основе созданного 2D сечения. Вызовем команду создания 2D проекции: 13 Построения → 2D проекция → Создать разрез или сечение → Создать 2D проекцию на основе 2D сечения Укажем курсором на обозначение вида. К курсору теперь привязано быстрое изображение разреза. Двигая курсором, перемещаем проекцию, причем сохраняется проекционная связь. Фиксируем положение вида. Результат операции показан на рисунке 11. Рисунок 11 – 2D-окно. Разрез 5.4.3 Оформление чертежа Нанесем на чертеж осевые линии, размеры, надписи в соответствии с заданным вариантом. Чертеж → Размер Чертеж → Оси Подберем размер основной надписи: Оформление → Подбор основной надписи → Стандартная Создадим и заполним основную надпись: Оформление → Основная надпись → Создать 14 Результат оформления чертежа приведен в приложении Г. 6 КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Поясните принцип работы сборочного изделия? 2. Какие переменные используются при создании 3D модели? 3. Перечислите операции, которые Вы использовали при создании 3D модели данной детали? 4. Поясните алгоритм построения 3D модели детали 5. Как осуществлялась сборка изделия? 6. Какие виды сопряжений Вы использовали при сборке? 7. Поясните создание твердотельной модели при помощи операции «по сечениям». 8. Поясните создание твердотельной модели при помощи операции «траектории». 9. Поясните создание твердотельной модели при помощи операции «вращения». 10. Поясните создание твердотельной модели при помощи операции «выталкивания». 11. Какие булевы операции использованы при создании данной модели? 12. Алгоритм построения стандартных видов по 3D-модели изделия. 13. Алгоритм построения местного разреза по 3D-модели изделия. 14. Каким образом можно получить разрезы и сечения по 3Dмодели изделия? 15. Преимущества используемой системы. 16. Что используется в базовых операциях для создания твердых тел? 17. Как работает операция выталкивания? 18. Как работает операция вращения? 19. Как работает операция создания спирали? 20. Как работает операция создания пружины? 21. Какие существуют операции над твердыми телами? 22. Какие виды булевых операций существуют? 23. Как в системе создать 3D массивы разных видов? 15 24. Как создается 3D профиль? 25. Как производится операция сглаживания? 26. Что такое 2D проекция? 27. Для чего используются проекции? 28. Что можно проецировать? 29. Что нужно сделать, перед тем как создать чертеж? 30. Общий алгоритм построения 2D проекции? 31. Как задать точку привязки в 2 окне? 32. Как задать параметры проекции? 33. Алгоритм создания 2 проекции? 34. Алгоритм получения линии сечения? 35. Алгоритм получение разреза на основе созданного 2D сечения? 36. Что необходимо сделать перед созданием местного разреза на существующей проекции? 37. Алгоритм создания местного вида на базе 2D проекции? 38. С помощью каких опций можно ограничить местный вид? 39. Для каких деталей используется «разрыв на проекции»? 40. Какой опцией завершается создание элемента? 41. Что такое сборочная 3D модель? 42. Как сохраняется связь сборочной модели с элементом сборки (детали)? 43. Какие существуют методы проектирования сборки? 44. Что подразумевают под сборкой «снизу вверх»? 45. Что подразумевают под сборкой «сверху вниз»? 46. Что такое 3D фрагмент сборки? 47. Что такое деталь сборки? 48. Каковы преимущества сборки «снизу вверх»? 49. Каковы преимущества сборки «сверху вниз»? 50. Какие существуют способы привязки 3D фрагментов к сборочной модели? 51. Какой элемент системы обычно выступает в качестве исходной и целевой систем координат? 52. Какие существуют типы сопряжений? 53. Благодаря какому инструменту можно заставить модель механизма перемещаться в пространстве? 16 7 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 1. Голицына, О. Л. Информационные системы и технологии [Текст]: учебное пособие для студентов [СПО], обучающихся по направлениям подготовки «Прикладная информатика (по областям применения)», «Информационные системы», «Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем» / О. Л. Голицына, Н. В. Максимов, И. И. Попов. – Москва : Форум, 2019. – 400 с. 2. Гаврилов, М. В. Информатика и информационные технологии. – 4-е изд., пер. и доп. [электронный ресурс]. – Москва: Юрайт, 2018. – 383 c. – Режим доступа: https://biblioonline.ru/book/informatika-iinformacionnye-tehnologii-413451. – Загл. с экрана. 3. Гвоздева, В. А. Информатика, автоматизированные информационные технологии и системы. – Москва: НИЦ ИНФРАМ, 2019. – 542 c. – Режим доступа: http://new.znanium.com/go.php?id=999615. – Загл. с экрана. . 17 ПРИЛОЖЕНИЕ А Министерство науки и высшего образования Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Кузбасский государственный технический университет им. Т.Ф. Горбачева» Институт профессионального образования Кафедра информационных и автоматизированных производственных систем Утверждаю: Зав. кафедрой ИиАПС " " 20 г. ЗАДАНИЕ на курсовое проектирование по дисциплине «Компьютерное моделирование» Студент Руководитель Тема работы группа _ 2. Содержание работы: – расчетно-пояснительная записка: – графическая часть: 3. Срок выдачи задания 4. Срок выполнения задания Руководитель проекта Студент 20 20 г. г. 18 ПРИЛОЖЕНИЕ Б Структура 3D модели 19 ПРИЛОЖЕНИЕ В Таблица В.1 – Параметры 3D модели ВыражеИмя Значение ние ВсКул 120 120 ВсНихнОсн 26 26 ВсОсн ГлЦик ДлОсн ДрЦик РадСкр РасДоВерОтв 42 7 80 32 6 15 42 7 80 32 6 15 РастДоНижОтв ШирФаск ШрВерхКул 19 19 7 36 7 36 ШрВерхОсн 19 19 ШрОсн ШрФШрЗенк 58 3 58 3 Комментарий Высота кулачка Высота нижней части основания Высота основания Глубина циковки Длина основания Диаметр циковки Радиус скругления Расстояние до верхнего отверстия Расстояние до нижнего отверстия Ширина фаски Ширина верхней части кулачка Ширина верхней части основания Ширина основания Ширина зенковки 20 ПРИЛОЖЕНИЕ Г Инв.№подл. Подп.и дата Взам.инв.№ Инв.№дубл. Подп.и дата Справ. № Перв.примен. Рабочий чертеж кулачка КП.CAD/CAM.2005.69 Изм.Лист №докум. Разраб. Рамазанов Пров. Рамазанов Т.контр. Н. контр. Утв. Подп. Дат а 13.01.06 13.01.06 Лит . Кулачек У Листов КузГТУ ИиАПСМР-955 Формат A4 Лист Копировал Масса Масштаб 1:1 Перв.примен. Справ. № Взам.инв.№ Инв.№дубл. Подп. идата Инв.№подл. Подп. идата Подп. Дат а Масса Масшт аб Сборочный чертеж 1:1 Лист Листов Н. контр. Утв. Копировал Формат A1 21 Лит. Разраб. Пров. Т.контр. ПРИЛОЖЕНИЕ Д Сборочный чертеж МЧ00.69.00.00.СБ Изм. Лист №докум. 21 ПРИЛОЖЕНИЕ Е Инв.№подл. Подп. и дата Взам.инв.№ Инв.№дубл. Подп. и дата Справ. № Перв. примен. Спецификация МЧ00.69.00.00.СБ Изм. Лист №докум. Разраб. Пров. Т.контр. Н. конт р. Утв. Подп. Дата Лит . Масса Масштаб Сборочныйчертеж 1:1 Лист Копировал Листов Формат A4 22 СОДЕРЖАНИЕ 1 ЦЕЛЬ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ..................................................... 2 2 ТЕМАТИКА И ОБЪЕМ КУРСОВОГО ПРОЕКТА ...................... 2 3 СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ И ЗАЩИТА КУРСОВОГО ПРОЕКТА ................................................................................................................3 4 СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ ........................ 4 4.1 Построение твердотельных моделей деталей и сборки ......... 4 4.2 Построение видов и чертежей .................................................. 5 4.3 Приложения ................................................................................ 5 5 ПРИМЕР ВЫПОЛНЕНИЯ .............................................................. 5 5.1 Задание на проектирование ...................................................... 5 5.2 Описание изделия ...................................................................... 6 5.3 Построение параметрической модели детали......................... 7 5.3.1 Основание .............................................................................. 8 5.3.2 Верхняя часть кулачка .......................................................... 9 5.3.3 Нижнее резьбовое отверстие ............................................... 9 5.3.4 Верхнее резьбовое отверстие ............................................ 10 5.3.5 Сглаживание ........................................................................ 10 5.4 Создание рабочего чертежа детали ........................................ 11 5.4.1 Создание вида сверху ......................................................... 11 5.4.2 Создание разреза ................................................................. 12 5.4.3 Оформление чертежа .......................................................... 13 6 СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................ 16 ПРИЛОЖЕНИЕ А.............................................................................. 17 ПРИЛОЖЕНИЕ Б .............................................................................. 18 ПРИЛОЖЕНИЕ В .............................................................................. 19 ПРИЛОЖЕНИЕ Г .............................................................................. 20 ПРИЛОЖЕНИЕ Д .............................................................................. 21 ПРИЛОЖЕНИЕ Е .............................................................................. 21 СОДЕРЖАНИЕ .................................................................................. 22
