Методическая разработка «Пакет практических работ по 3D-моделированию в графическом редакторе КОМПАС 3D»

Методическая разработка

«Пакет практических работ по 3D-моделированию в графическом редакторе КОМПАС 3D»

В разработанный пакет практических работ входят 4 практические работы с общими заданиями по 3D-моделированию в графическом редакторе КОМПАС 3D.

Структурное содержание пакета практических работ:

Практическая работа №1. «Инструментальная среда твердотельного моделирования Компас 3D»

Цель практической работы: изучить интерфейс, основные возможности и команды программы твердотельного моделирования КОМПАС 3D.

В неё включено одно задание на изучение интерфейса, основных возможностей и команд программы, знакомства с основными панелями работы твердотельного моделирования КОМПАС 3D.

Практическая работа № 2. « Изучение операции «Выдавливания».

Цель практической работы: изучить расположение осей, операцию «Эскиз». Создать геометрические объекты и разные детали при помощи операции «выдавливание», «вырезать выдавливанием», «приклеить выдавливание».

В данную практическую работы включены три задания:

Трехмерное построение геометрических фигур в КОМПАС 3D с помощью элемента выдавливания.

Построение отверстий в КОМПАС 3D с помощью элемента «вырезать выдавливанием».

Трехмерное моделирование сложных тел с применением элемента «приклеить выдавливанием».

Практическая работа № 3. Изучение операции «Вращение».

Цель практической работы: изучить особенности операции «вращение», создать разные геометрические фигуры и модель вазы при помощи операции «вращение».

В данную практическую работы включены два задания:

Трехмерное построение геометрических фигур в КОМПАС 3D с помощью элемента вращения.

Трехмерное построение вазы в КОМПАС 3D с помощью элемента вращения.

Практическая работа №4. Изучение кинематической операции (по траектории).

Цель практической работы: изучить особенности операции «по траектории», построить трёхмерные модели с разными сечениями и траекториями, используя элемент построения по траектории.

В данную практическую работы включены два задания:

Трехмерное построение фигур в КОМПАС 3D с помощью элемента по траектории.

Трехмерное построение рамки для фото в КОМПАС 3D с помощью элемента по траектории.

Методические рекомендации по реализации и внедрению пакета практических работ в образовательную практику средствами работы с графическим редактором КОМПАС 3D .

Чтобы успешно внедрить данный пакет практических работ в обучение, необходимо учитывать следующие условия и необходимые ресурсы:

I. Организационно-педагогические условия реализации практических работ:

При работе с детьми в учебных группах необходимо использовать различные методы:

Метод строго регламентированного задания. Задание должно быть понятно обучаемому, он должен иметь представление о конечной форме модели, детали, анимации.

Групповой метод (мини-группы). Групповое задания предполагает организацию малой группы (2– 4 человека), выполняющую одно задание. При групповой схеме занятия предполагается определение ролей и ответственности в группе, выбор рационального способа создания модели.

Метод самостоятельной работы. Свобода при выборе темы, методов и режима работы, создание условий для проявления творчества. Защита собственного проекта.

Метод визуального воздействия. Демонстрация визуализированных рисунков, примеров разработанных моделей, анимаций.

Дискуссия. Смысл данного метода состоит в обмене взглядами по конкретной проблеме. С помощью дискуссии, обучающиеся приобретают новые знания, укрепляются в собственном мнении, учатся его отстаивать. Так как главной функцией дискуссии является стимулирование познавательного интереса, то данным методом в первую очередь решается задача развития познавательной активности обучающихся.

II. Методическое обеспечение

Для успешного проведения занятий очень важна подготовка к ним, заключающаяся в планировании работы, подготовке материальной базы и самоподготовке педагога.

В процессе подготовки к занятиям продумывается вводная, основная и заключительная части занятий, отмечаются новые термины и понятия, которые следует разъяснить обучающимся, выделяется теоретический материал, намечается содержание представляемой информации, подготавливаются наглядные примеры изготовления модели.

В конце занятия проходит обсуждение результатов и оценка проделанной работы.

III. Материально-технические условия реализации

Для проведения занятий необходим компьютерный класс с необходимым программным обеспечением.

Для работы необходимо иметь достаточное количество наглядного и учебного материала и ТСО.

IV. Информационное обеспечение

Интернет-ресурсы:

1. https://ascon.ru/ - официальный сайт АСКОН.

2. https://kompas.ru/kompas-3d-viewer/download/ - ссылка для скачивания учебной версии программы КОМПАС 3D.

3. https://kompas.ru/publications/video/ - обучающие материалы по программе КОМПАС 3D.

Ожидаемые результаты (педагогический эффект внедрения разработанных практических работ в образовательный процесс):

• Популяризация технического и инженерного образования у школьников.

• Развитие аналитических навыков и навыков критического мышления; развитие творческого, логического, пространственного технического мышлений, интерес к естественнонаучным предметам.

• Создание развивающей среды жизнедеятельности учащихся, представление им дополнительных возможностей для саморазвития, самоутверждения, самовыражения;

• Создание условий для раскрытия творческих и инженерных способностей, применение их на практике

• 3D - технологии позволят развивать междисциплинарные связи.

Приложение 2

Практическая работа №1.

Инструментальная среда твердотельного моделирования Компас 3D.

Задание №1. Знакомство с интерфейсом программы.

Цель: изучить интерфейс, основные возможности и команды программы твердотельного моделирования Компас 3D.

Инструментальная среда твердотельного моделирования Компас3D и предназначена для создания твердотельных моделей различных объектов. Процесс моделирования аналогичен технологическому процессу изготовления. КОМПАС-3D — это программа для операционной системы Windows. Поэтому ее окно имеет те же элементы управления, что и другие

На рисунке 1 представлено рабочее окно трехмерного моделирования инструментальной среды Компас 3D.

Основные элементы среды:

1. Главное меню - данная строка содержит вкладки «Файл», «Редактор», «Вид», «Моделирование», «Сервис» и т.д., позволяет проводить основные операции с файлом.

2. Дерево модели - это графическое представление набора объектов, составляющих деталь. Корневой объект Дерева – сама деталь. Пиктограммы объектов автоматически возникают в Дереве модели сразу после фиксации этих объектов в детали.

3. Панель вид - помогает управлять расположением объекта, менять масштаб, перемещать и вращать объект по осям.

4. Панель инструментов - позволяет производить основные операции над моделью, состоит из нескольких вкладок: пространственные кривые, вспомогательная геометрия, редактирование модели и др.

5. Инструменты эскиза - позволяет перейти в режим редактировании модели.

6. Контекстная панель – отображается на экране при выделении объектов документа и содержит кнопки вызова наиболее часто используемых команд редактирования. Набор команд на панели зависит от типа выделенного объекта и типа документа.

Основные термины модели:

Объемные элементы, из которых состоит трехмерная модель, образуют в ней грани, ребра и вершины. Грань – гладкая (необязательно плоская) часть поверхности детали. Гладкая поверхность детали может состоять из нескольких граней. Ребро – прямая или кривая, разделяющая две смежные грани. Вершина – точка на конце ребра. Кроме того, в модели могут присутствовать дополнительные элементы: символ начала координат, плоскости, оси и т.д.[5].

Общие принципы моделирования:

Построение трехмерной твердотельной модели заключается в последовательном выполнении операций объединения, вычитания и пересечения над простыми объемными элементами (призмами, цилиндрами, пирамидами, конусами и т.д.) [5]. Многократно выполняя эти простые операции над различными объемными элементами, можно построить самую сложную модель.

Для создания объемных элементов используется перемещение плоских фигур в пространстве. Плоская фигура, в результате перемещения которой образуется объемное тело, называется эскизом, а само перемещение — операцией. Эскиз может располагаться на одной из стандартных плоскостей проекций, на плоской грани созданного ранее элемента или на вспомогательной плоскости.

Эскизы создаются средствами модуля плоского черчения и состоят из одного или нескольких контуров.

Система КОМПАС-3D LT располагает разнообразными операциями для построения объемных элементов, четыре из которых считаются базовыми [5].

Операция выдавливания – выдавливание эскиза перпендикулярно его плоскости.

Операция вращения – вращение эскиза вокруг оси, лежащей в его плоскости.

Кинематическая операция – перемещение эскиза вдоль направляющей.

Операция по сечениям – построение объемного элемента по нескольким эскизам (сечениям).

Для четырех базовых операций, добавляющих материал к модели, существуют аналогичные операции, вычитающие материал.

Практическая работа №2.

Изучение операции выдавливания.

Задание №1. Трехмерное построение геометрических фигур в КОМПАС 3D с помощью элемента выдавливания.

Цель: Изучить расположение осей, операцию «Эскиз». Создать геометрические объекты при помощи операции выдавливание.

Пример построение параллелепипеда элементом выдавливания.

Запустить программу Компас 3D.

Выбрать создание детали (Файл Создать Деталь).

Выбрать в дереве модели плоскость ХУ.

Включить команду «Эскиз» .

На панели инструментов выбрать прямоугольник, и ввести параметры: высота – 50, ширина – 30.

Закончить редактирование эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»).

На панели редактирования детали выбрать Элемент выдавливания .

В окне Параметры на вкладке Элемент выдавливания установить расстояние 50 мм (высота параллелепипеда).

Чтобы создать объект, необходимо нажать на зеленую галочку в окне Параметры. На экране программы должно появиться цветное изображение параллелепипеда.

Чтобы изменить цвет граней, необходимо выбрать грань параллелепипеда, кликнуть правой кнопкой мышки и в контекстном меню выбрать Свойства грани.

Выбрать Цвет. Для этого нужно изменить способ задания на Вручную и выбрать нужный цвет. Закончить редактирование, нужно нажав на зеленую галочку.

По аналогии построить самостоятельно:

Параллелепипед (высота - 50, ширина - 30).

Цилиндр (диаметр - 40, высота - 60).

Правильную треугольную призму (диаметр - 30, высота – 50).

Расстояние выдавливания у всех фигур 100 мм.

Задание №2. Построение отверстий в КОМПАС 3D с помощью элемента вырезать выдавливанием.

Цель: построение разных геометрических отверстий в параллелепипеде элементом вырезать выдавливанием.

Пример построение отверстий в параллелепипеде элементом вырезать выдавливанием.

Для построения отверстия, выбираем нужную грань детали, и нажимаем Эскиз.

Чертим отверстие нужной нам формы. Например: квадрат (ширина-30, высота-30) и располагаем в удобном нам месте.

Выходим из эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»). Выбираем элемент Вырезать выдавливанием. И в окне Параметры установить расстояние 100 мм (расстояние отверстия).

Нажимаем на зеленую галочку, чтобы построить отверстие. Чтобы посмотреть деталь с отверстием со всех сторон, можно зажать правую кнопку мыши и перемещать её по столу. Так модель будет производить вращения удобные вам для просмотра.

Построить самостоятельно куб 100x100 и вырезать 3 отверстия:

Квадратное (расстояние 100 мм).

Круглое (расстояние 70 мм).

Треугольное (расстояние 30 мм).

Задание №3. Трехмерное моделирование сложных тел с применением операции «приклеить выдавливанием»

Цель: построить трёхмерную модель детали при помощи операции «приклеить выдавливанием»

Пример построение детали «Опора».

Запустить программу Компас 3D.

Выбрать создание детали (ФайлСоздатьДеталь).

Выбрать в дереве модели плоскость XY.

Включить режим эскиз.

На панели инструментов выбрать отрезок, стиль - основная. Задавая на панели параметров длину каждого отрезка, приступаем к построению опоры.

Выходим из эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»). Выбираем элемент Выдавливания. И в окне Параметры установить расстояние 50 мм (ширина опоры).

Чтобы создать объект, необходимо нажать на зеленую галочку в окне Параметры.

Чтобы построить цилиндр, кликаем на верхнюю грань опоры и переходим в режим эскиз.

В центре грани строим окружность d=40 мм.

Выходим из режима Эскиз. Выбираем элемент Выдавливания. И в окне Параметры установить расстояние 50 мм (высота цилиндра).

Чтобы создать объект, необходимо нажать на зеленую галочку в окне Параметры.

Чтобы сделать сквозное отверстие, кликаем мышкой на верхнюю грань цилиндра и переходим в режим эскиз.

Строим в центре окружность d=20.

Выходим из эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»). Выбираем элемент Вырезать выдавливанием . И в окне Параметры установить расстояние 80 мм (расстояние всей фигуры). Нажимаем на зеленую галочку.

Построить самостоятельно одну на выбор деталь:

Практическая работа №3.

Изучение операций вращения

Задание №1. Трехмерное построение фигур в КОМПАС 3D с помощью элемента вращения.

Цель: построение разных геометрических тел, с помощью элемента вращения.

Пример построения конуса элементом вращения.

Запустить программу Компас 3D.

Выбрать создание детали (ФайлСоздатьДеталь).

Выбрать в дереве модели плоскость x-y.

Включить режим эскиз.

На геометрической панели построения выбрать отрезок, стиль-осевая.

Строим вертикальную осевую линию произвольного размера, вокруг которой будет производиться вращение.

Затем строим эскиз, для создания тел вращения, выбрав отрезок, стиль-основная. И вводим параметры: угол – 120, длина – 60.

Далее выходим из режима Эскиз, и на главной панели управления, выбираем (Моделирование Добавить элементЭлемент вращения).

После нажимаем на зелёную галочку чтобы создать объект.

По аналогии построить самостоятельно:

Сферу (R=30)

Цилиндр (R = 30, высота - 60)

Тор (d= 45)

Задание №2. Трехмерное построение вазы в Компас 3D с помощью элемента вращения.

Цель: Построить модель вазы, используя элемент вращения.

Пример построения вазы элементом вращения.

Запустить программу Компас 3D.

Выбрать создание детали (ФайлСоздатьДеталь).

Выбрать в дереве модели плоскость XY.

Включить режим эскиз.

На геометрической панели построения выбрать отрезок, стиль-осевая.

Строим вертикальную осевую линию произвольного размера, вокруг которой будет производиться вращение.

Затем строим эскиз вазы, выбираем отрезок, стиль-основная. И вводим параметры: угол –0, длина – 50.

Задаем контур вращения – это форма половины вазы. Для этого в главном меню выбираем Черчение – Кривая Безье , и произвольно начинаем строить вазу, создавая разные кривые. Для построения вазы можно использовать простые геометрические формы (ломанная кривая, кривая безье, отрезок, элипс, дуга и т.д.)

Далее выходим из режима Эскиз, и на главной панели управления, выбираем (Моделирование Добавить элементЭлемент вращения).

В окне Параметры установить Тип построения: Тороид.

После нажимаем на зелёную галочку чтобы создать объект.

Практическая работа №4.

Изучение кинематической операции (по траектории).

Задание №1. Трехмерное построение фигур в Компас 3D с помощью элемента по траектории.

Цель: Построить трёхмерные модели с разными сечениями и траекториями, используя элемент построения по траектории.

Пример построение трубы элементом по траектории.

Запустить программу Компас 3D.

Выбрать создание детали (ФайлСоздатьДеталь).

Выбрать в дереве модели плоскость XY.

Включить режим эскиз.

Для создания сечения на геометрической панели построения нужно выбрать и построить окружность (d = 20).

Выходим из эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»).

Выбираем на дерево модели плоскость ZY.

Для создания траектории на геометрической панели построения нужно выбрать отрезок и построить произвольную траекторию.

Выходим из эскиза (повторно нажать на кнопку «эскиз»).

На главной панели управления, выбираем (Моделирование  Добавить элемент Элемент по траектории).

В параметрах указываем сечение (сначала кликаем на название сечение, после кликаем на окружность на экране)

Аналогично делаем с траекторией, выбирая все нужные кривые.

После нажимаем на зелёную галочку чтобы создать объект.

По аналогии построить самостоятельно:

Сечение – окружность d=20; Траектория – отрезок произвольный.

Сечение – шестиугольник d=15; Траектория – прямоугольник (Ш-100, В-65).

Сечение – треугольник d=20; Траектория – окружность d=100.

Задание №2. Трехмерное построение рамки для фото с помощью элемента по траектории.

Цель: построить рамку для фото по заданным размерам, используя операцию «по траектории».

Траектория

Сечение