CAD中利用二維圖形實現實體造型的方法

2013-06-10 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

目前二維圖形在工程設計,生產制造和技術交流中起著很重要的作用,但有很多場合,需要再通過實體造型來分析產品的動態特性、直觀地表達設計效果、構造動畫模型等。因此,三維造型設計是現代設計重要的手段之一。
1 三維建模方法

創建三維模型時,首先對模型的結構進行分析,選擇最佳的建模方案,建立構成模型的各個簡單實體,利用AutoCAD創建長方體、球體、圓柱體、圓環體、楔體、圓環等基本的實體,或通過將二維圖形拉伸(Extrude)和旋轉(Revolve)創建實心體,然后對三維實體進行編輯、布爾運算等操作,從而構成復雜的實體模型。

但當我們已完成二維圖形的繪制時,便可運用形體分析法,將復雜零件分解成幾個組成部分,然后整理出各部分的特征視圖,依據特征視圖處在基本視圖中的位置,將其分批復制(Copyclip)、粘貼(Pasteclip)至另一文件,采用拉伸和旋轉創建各部分的相應實心體,經組合編輯,完成實體造型。既能充分利用現有圖形資源,省去了二維圖形的繪制,還避免了頻繁改變用戶坐標系,簡化了建模過程,操作方便、直觀,有效地提高了三維建模的作圖效率。

2 三維建模實例

現以圖1所示的支架為例,詳述由二維圖形進行實體造型的操作方法及步驟。

2.1 形體分析,特征視圖

用形體分析法讀圖1,把支架分解成五部分,分別為底板、空心圓柱、耳板、肋板、空心圓柱凸臺。在此“三視圖”的文件中,以圖1為基礎,運用實體編輯和繪圖命令,如復制(Copy)、修剪(Trim)、鏡像(Mirror)、特性匹配(Matchprop)、Line(直線)等,分別整理出各部分及其相關要素的特征視圖,如圖2所示:

2.2 創建三維實體

把各組成部分的特征視圖按其處在基本視圖中的位置分類,分批將文件“三視圖”中的圖2復制,然后粘貼到另一新建的文件中。因為拉伸時的高度只能沿當前UCS的Z軸方向,復制和粘貼注意坐標系的對應關系。對于輸出數據的圖形文件在復制操作前要處于正確的擺放角度,對于接受數據的圖形文件在粘貼操作前要調整好用戶坐標系,以生成不同方向的實體,滿足作圖需要。

2.2.1 分析特征視圖位置

在五個組成部分中,其特征視圖在俯視圖2中有:(a)、(b)、(c);特征視圖在主視圖2中有:(d)、(e)。

2.2.2 生成俯視圖上的實體

(1)執行復制命令,選擇文件“三視圖”中的圖2(a)、(b)、(c)。

(2)新建一個文件,命名為“實體造型”。因當前缺省視圖為俯視圖,可直接粘貼圖2(a)、(b)、(c)。

(3)選擇圖2(a)、(b)、(c),執行面域(Region)命令,并對由圖2(a)、(c)建立的面域分別執行差集(Subtract)命令,減去一個圓后生成一新的面域。

(4)單擊視圖工具條中的SWIsometricView按鈕,表示將當前視圖切換為正等軸測圖,正等軸測圖采用俯視圖的用戶坐標系,再分別拉伸上步生成的面域,得到圖3中實體A、B、C。

2.2.3 生成其特征視圖在主視圖上的實體

(1)單擊“最小化”按鈕,將當前文件“實體造型”的窗口“最小化”。

(2)在三視圖文件中執行復制命令,選擇圖2(d)、(e)。單擊“最小化”按鈕,將當前窗口“最小化”。

(3)單擊“最大化”按鈕,將文件“實體造型”的窗口“最大化”。單擊視圖工具條中的FrontView按鈕,將當前視圖切換為“主視圖”,粘貼圖2(d)、(e)。

(4)選擇圖2(d)、(e),執行面域命令。

(5)單擊視圖工具條中的SWIsometricView按鈕,將當前視圖切換為正等軸測圖,正等軸測圖采用主視圖的坐標系作為新的用戶坐標系,再分別拉伸圖2(d)、(e)形成的面域,得到圖3中實體D和E。

圖2(e)建立的面域要生成為空心圓柱凸臺,聯系零件鑄造工藝過程,可執行拉伸命令,拉伸的高度為空心圓柱凸臺與直立的空心圓柱在前后方向的定位尺寸48。

2.3 完成支架的三維實體圖

針對零件的結構特點,靈活地組合應用移動(Move)、切割(Slice)、復制(Copy)、三維陣列(3Darray)、三維鏡像(Mirror3D)、并集(Union)、差集等命令,對上步生成的實心體進行編輯。

2.3.1 根據相對位置移動各組成部分

移動的關鍵問題是定位,如要精確定位,首先要設置相應的參數。在“對象捕捉”選項卡中,對象捕捉設置為端點、中點、圓心等。在“捕捉和柵格”選項卡中,捕捉類型為極軸捕捉,設置極軸間距為1。在“極軸追蹤”選項卡中,極軸角設置的“角增量”為90°。

移動時,可運用“對象捕捉”功能準確地獲得實體上的特殊點。當位移第二點不是特殊點時,可調用“捕捉自(From)”功能,輸入位移點相對于基準點的相對直角坐標;如果位移點相對于基準點是沿X,Y軸方向移動的,利用自動追蹤對齊功能,則更為快捷。

2.3.2 布爾運算,完成支架的三維建模

對于復雜零件,在建模的時候并不需要準確地作出零件每一組成部分的實體,然后對它們求并集。而是簡化其中的一些細節,如圖3B和E表示的實體并不如實反映空心圓柱與空心圓柱凸臺的結構形狀(它們的真實結構如圖3F和G所示),且相互間產生干涉。如果在組合時,先對各組成部分求并集,后對其上相關要素(中空部分)求差集,就能夠消除干涉的影響,簡化作圖過程。

2.3.3 三維圖像的處理

渲染(Render)能生成高質量的圖像,使三維實體具有表面色彩或以某種材質表現出來,并產生透視效果。

在圖中添加光源,對實體附加材質,經過渲染后結果如圖4所示。

3 結論

由二維圖形進行實體造型時,建立同一個模型的方法可以有多種,但只要處理好下述幾方面的操作:利用剪貼板交換數據時,注意坐標系的對應關系;建模過程要聯系零件的加工制造過程;設置良好的繪圖環境以保證移動時精確定位;合理的布爾運算次序以消除干涉的影響。便會簡化建模過程,提高建模效率,收到事半功倍的效果。

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