WORK BOOK. Gerhard Engelken. SolidWorks Methodik der 3D-Konstruktion. Projektbeispie. 2., aktualisierte Auflage

Transkript

1 WORK BOOK Gerhard Engelken SolidWorks 2010 Methodik der 3D-Konstruktion gigem Mit durchgän l Projektbeispie 2., aktualisierte Auflage

2 Gerhard Engelken SolidWorks 2010 Methodik der 3D-Konstruktion Bleiben Sie einfach auf dem Laufenden: Sofort anmelden und Monat für Monat die neuesten Infos und Updates erhalten. v

3

4 Gerhard Engelken SolidWorks 2010 Methodik der 3D-Konstruktion

5

6 Inhalt Vorwort Einführung Das Unternehmen und die Software SolidWorks Installationsvoraussetzungen Grundlagen von SolidWorks Beginnen einer Arbeitssitzung Öffnen einer neuen Datei Öffnen einer bereits existierenden Datei Speichern und Schließen einer Datei Die Benutzeroberfläche Die Online-Lehrbücher Ausgewählte Symbolleisten Symbolleiste Standard Symbolleiste Ansicht Symbolleiste Standardansichten Anpassen der Symbolleisten Tastenkombinationen Belegung der Maustasten Modellieren mit Features Skizzenerstellung SolidWorks-Hilfen Konstruktionsbeispiel - Einzelteile Einführung in das Konstruktionsbeispiel Zuganker Zylinderrohr Stangenmutter Hülse Zugankermutter Anschlusskonsole Kolbenstange Drossel Kolben Boden Deckel Erstellen von Baugruppen Vorgehensplan Die Unterbaugruppe Hubelemente Erstellen einer Explosionsdarstellung Die Baugruppen Zylinder und Zylinder kpl Erstellen von Zeichnungen Das Arbeiten mit Vorlagendateien Anschlusskonsole Deckel Zylinder Funktionen zum Evaluieren Messen Masseneigenschaften Querschnittseigenschaften Element prüfen Statistik Interferenzprüfung Gleichungen in einem Teildokument Gleichungen in einem Baugruppendokument

7 Inhalt 7 Konfigurationen Variantenkonstruktion mit Konfigurationen Konfigurationen mit Tabellensteuerung Projekt Schweißkonsole Werkzeuge der Symbolleiste Blech Modellieren eines Blechbiegeteils Erstellen der Zeichnung für das Konsolenblech Modellieren einer Schweißgruppe Konstruieren im Baugruppenzusammenhang Arbeiten mit der SolidWorks- Toolbox Schweißkonsole als Strukturbauteil Das Erstellen einer 3D-Skizze Erstellen eines Strukturbauteils Komplettieren der Konstruktion Projekt Gusskonsole Modellieren eines Gussrohteils Modellieren von Aussparungen am Gussrohteil Mechanische Bearbeitung am Gussrohteil Assembly Zylinder und Gusskonsole Bewegungsstudien Einführung Die Werkzeuge des MotionManagers Erstellen einer Bewegungssimulation Erstellen einer Basisbewegung Schnittstellen für den Datenaustausch Neutrale Datenformate für den Datenaustausch Direktschnittstellen Schnittstellen zu 3D-Geometriekernen Sonstige Schnittstellen Importieren von Datenmodellen für Kaufteile Download eines Kolbendichtrings von Simrit Download eines Kolbendichtrings über 3D ContentCentral Einbau eines Kolbendichtrings in die Baugruppe Hubelemente edrawings Allgemeines Aufbereiten von edrawings-dateien aus SolidWorks FE Analyse mit SolidWorks SimulationXpress SolidWorks SimulationXpress und SolidWorks Simulation Durchführen einer FE-Analyse für die Anschlusskonsole SolidWorks und Visual Basic Einleitung Aufzeichnen eines Makros Vorarbeiten für das Makro Schriftfeld Erstellen des Makros Schriftfeld Index

8 Vorwort Das Arbeiten mit dem CAD-System SolidWorks ist wegen seiner hohen Benutzerfreundlichkeit relativ leicht erlernbar. SolidWorks wird daher gerade in der Ausbildung von Schülern und Studierenden gerne eingesetzt. Das vorliegende CAD- Praktikum auf der Basis von SolidWorks 2010 richtet sich daher vorwiegend an Schüler und Studierende, die ergänzend zu dem hervorragenden Online-Tutorial an einem durchgängigen Konstruktionsbeispiel den Umgang mit SolidWorks trainieren möchten, um die Konstruktionsübungen an Berufsschulen oder Hochschulen und Universitäten erfolgreich zu bewältigen. Ausgehend von einfachen Drehteilen über prismatische Teile zu komplexeren Einzelteilen, werden die unterschiedlichen Modelliermöglichkeiten geübt. Die erstellten Teile werden dann schrittweise zu einem Pneumatikzylinder zusammengebaut. Im folgenden Übungsteil wird die Ableitung einer technischen Zeichnung aus 3D- Modellen mit verschiedenen Ansichten, Schnitten und Teilschnitten erklärt. In diesem Zusammenhang wird auch das Arbeiten mit Vorlagendateien erläutert. Anschließend werden aufbauend auf dem Leitbeispiel verschiedene Spezialthemen vorgestellt, wie zum Beispiel das Arbeiten mit Konfigurationen, das Erstellen einer Schweißgruppe, das Erstellen eines Gussteils mit der Unterscheidung von Rohteil und bearbeitetem Teil, die physikalische Simulation, Schnittstellen und Teileimport, edrawings. die Durchführung einer FE-Analyse, und schließlich die Nutzung von Visual Basic zur Funktionserweiterung. Damit können auch Einsteiger und Anwender aus der Industrie einen Nutzen aus dem Buch ziehen. Es wird empfohlen, die Übungen direkt am Rechner durchzuführen. Bei intensivem Durcharbeiten der Übungen ist eine Bearbeitungszeit von ca. 40 Stunden einzuplanen. Folgende ehemalige Studierende des Studienbereichs Maschinenbau der Hochschule RheinMain am Studienort Rüsselsheim haben durch ihre Arbeiten zu diesem Buch beigetragen: Adrian Becker, Stefan Berlitz, Georg Gomolka, Wolfgang Schulz, Wolf Stahr. Hierfür an dieser Stelle herzlichen Dank. Ebenso danke ich Sieglinde Schärl und Stefanie König vom Hanser-Verlag, die das Entstehen dieses Buches gefördert und unterstützt haben. Mit diesem Praktikum sind natürlich noch nicht alle Modelliermöglichkeiten von SolidWorks angesprochen. Jedoch zeigt meine Erfahrung, dass die Benutzer nach Durcharbeitung dieser Unterlagen die Systemphilosophie dieses modernen 3D-CAD- Systems verstanden haben und fundierte Kenntnisse besitzen, um das System produktiv einzusetzen. 7

9 Vorwort Rückmeldungen, Kritik und Anregungen können Sie mir gerne per zusenden Die Dateien zu den im Buch dargestellten Beispielen sowie zusätzliche Materialien (Zeichnungsrahmen, Blöcke) finden Sie auf der Downloadseite des Hanser-Verlags Ich hoffe, dass die vorliegende Praktikumsunterlage vielen Schülern und Studierenden, aber auch Fachkräften aus der Praxis den Einstieg in die dreidimensionale CAD-Modellierung erleichtern wird, und wünsche viel Spaß und Erfolg beim Durcharbeiten der Unterlagen. Rüsselsheim, April 2010 Gerhard Engelken 8

10 1 Einführung 1.1 Das Unternehmen und die Software SolidWorks Die Entwicklung der Software SolidWorks und die Gründung des gleichnamigen Unternehmens waren ein bedeutsamer Meilenstein in der CAD-Geschichte. Sie waren das Ergebnis der Initiative von Jon Hirschtick, der im Jahre 1993 an seinem Wohnort Winchester die Software-Firma Winchester Design Systems gründete und in der Folgezeit eine erste Version seiner 3D-CAD-Vision auf der Basis von Windows NT entwickelte. Mithilfe dieses Prototypen konnte er weitere Unterstützer gewinnen wurde das Unternehmen dann in SolidWorks umbenannt. SolidWorks war zur damaligen Zeit in verschiedener Hinsicht revolutionär: Zum einen wurde konsequent der Einstieg in das Arbeiten mit CAD über das Modellieren eines 3D-Volumenkörpers umgesetzt. Zum anderen war dies mit einer im Vergleich zu anderen Systemen vorbildlichen Benutzerfreundlichkeit verbunden, die auch heute noch ein herausragendes Merkmal von SolidWorks ist und die es entsprechend einfach erlernbar und nutzbar macht. Schließlich war SolidWorks von Anfang an ausschließlich für PC-Hardware mit Windows-Betriebssystem konzipiert, was zu entsprechend günstigen Kosten je Arbeitsplatz führte. Anders als bei den etablierten CAD-Anbietern wurde der Vertrieb der Software mithilfe von Vertriebspartnern organisiert. Auch bei der Software-Entwicklung verfolgte SolidWorks nicht den Anspruch, alles aus einer Hand anzubieten, sondern konzentrierte sich auf den CAD-Kernbereich. Ergänzende Anwendungen z. B. für Finite-Elemente-Berechnungen oder NC-Programmierung wurden über Partnerunternehmen für Solid- Works verfügbar. In der Folgezeit stellte sich ein beachtlicher Markterfolg ein, der dazu führte, dass das Unternehmen SolidWorks 1997 von Dassault Systèmes, dem Entwickler der CAD-Software CATIA, mit Sitz in Suresnes, Frankreich, erworben wurde. Hauptsitz von SolidWorks ist jedoch immer noch Concord, Massachusetts (USA), Entwicklungsstandorte befinden sich in Los Angeles (USA), Cambridge (England), Hägersten (Schweden) sowie in Indien. Im Zuge des erfolgreichen Unternehmenswachstums hat SolidWorks auch selbst einstige Partnerunternehmen übernommen wie z. B. COSMOS. Dies kommt seit SolidWorks 2009 auch darin zum Ausdruck, dass die entsprechende Simulationssoftware nicht mehr unter dem Namen COSMOSWorks geführt wird, sondern im Interesse einer stärkeren Corporate Identity als SolidWorks Simulation bezeichnet wird. Laut Herstellerangaben werden heute (2010) mehr als Lizenzen weltweit genutzt. 9

11 1 Einführung 1.2 Installationsvoraussetzungen Als Installationsvoraussetzungen für SolidWorks 2010 werden auf der SolidWorks- Website ( die nachfolgenden Anforderungen genannt: Betriebssysteme: Windows XP Professional (32 Bit) SP2 oder höher Windows XP Professional (64 Bit) Windows Vista (32 Bit) Windows Vista (64 Bit): die 64-Bit-Betriebssysteme werden jedoch mit der Education Edition, Student Edition und dem Student Design Kit erst nach dem akademischen Jahr unterstützt Windows 7 Professional, Ultimate oder Enterprise Edition (32 Bit) Windows 7 Professional, Ultimate oder Enterprise Edition (64 Bit) Intel - oder AMD -Prozessoren, für Windows 7 muss die genutzte CPU jedoch SSE2 unterstützen (Streaming SIMD Extension2) Mindestens 1 GB RAM, empfohlen werden 2 GB oder mehr Maus oder andere Zeigegeräte DVD-Laufwerk Microsoft Excel 2002, 2003 oder 2007 Internet Explorer 6.x oder höher Adobe Acrobat Version oder höher Microsoft Windows-Netzwerk- und Active Directory-Umgebung Der genutzte PC sollte natürlich über eine leistungsstarke Grafikausgabe und einen entsprechend großen Bildschirm verfügen. Informationen zu getesteten und kompatiblen Grafikkarten sind ebenfalls auf der SolidWorks-Website ( solidworks.de/sw/videocardtesting.html) zu finden. 10

12 2 Grundlagen von SolidWorks 2.1 Beginnen einer Arbeitssitzung Sie beginnen eine Arbeitssitzung durch das Starten der SolidWorks-Sofware über die Menüfolge START > PROGRAMME > SOLIDWORKS 2010 (INSTALLATIONSVERZEICHNIS) > SOLIDWORKS 2010 X64 (SOFTWARENAME JE NACH INSTALLIERTER VERSION). 2.2 Öffnen einer neuen Datei Beim erstmaligen Arbeiten mit SolidWorks müssen Sie dann eine neue Datei öffnen über die Menüfolge DATEI > NEU. Wenn Sie eine neue Datei öffnen, müssen Sie in dem sich öffnenden Fenster Neues SolidWorks Dokument entscheiden, ob Sie das 3D-Modell für ein Teil erstellen, mehrere Teile zu einer Baugruppe zusammenführen oder die Zeichnung für ein Teil oder eine Baugruppe erstellen wollen. Neu In diesem Fenster spiegelt sich die grundlegende Philosophie des Arbeitens mit 3D- CAD-Systemen: Es werden zunächst 3D-Modelle für die Einzelteile entwickelt, diese Einzelteile werden zu Baugruppen zusammengeführt. Die Zeichnungen entstehen dann durch Ableiten aus den Modellen der Einzelteile oder Baugruppen. 11

13 2 Grundlagen von SolidWorks In SolidWorks werden die verschiedenen Dokumente auch über unterschiedliche Dateikennungen (Extensions) unterschieden, und zwar:.sldprt für eine Teiledatei (Part-Datei).sldasm für eine Baugruppendatei (Assembly-Datei).slddrw für eine Zeichnungsdatei (Drawing-Datei) Durch Anklicken der Schaltfläche Teil und anschließendes Betätigen von OK öffnen Sie eine neue Teiledatei, die den Defaultnamen Teil1 erhält. Diesen Namen können Sie später mit DATEI > SPEICHERN UNTER nach Ihren Vorstellungen verändern. 2.3 Öffnen einer bereits existierenden Datei Solange Sie direkt mit SolidWorks arbeiten und selbst entscheiden, in welchem Ordner in Ihrem Dateisystem Ihre Dateien abgelegt werden, können Sie die abgelegten Dateien auch wieder über den Dateibrowser (Explorer) anwählen und öffnen. Das Browserfenster erscheint auch mit DATEI > ÖFFNEN auf Ihrem Bildschirm. Alternativ können Sie die entsprechende Funktion ÖFFNEN der Menüleiste nutzen. Öffnen Speichern Schließen 2.4 Speichern und Schließen einer Datei Das Speichern einer Datei erfolgt über die Funktion DATEI > SPEICHERN bzw. über DATEI > SPEICHERN UNTER oder über die entsprechende Funktion SPEICHERN aus der Menüleiste. Wie bei anderen Windows-Anwendungen werden Dateien auch über die Funktion DATEI > BEENDEN geschlossen oder dadurch, dass Sie das Anwendungsfenster durch Anwahl des kleinen Kreuzes in der rechten oberen Ecke schließen. 2.5 Die Benutzeroberfläche Menüleiste Die Benutzeroberfläche von SolidWorks ist mit ihren Elementen in der Abbildung auf der nächsten Seite dargestellt: Über die Menüleiste können wie in Windows üblich Pull-down-Menüs geöffnet und Befehle durch entsprechende Menüauswahl ausgelöst werden. Zum Sichtbarmachen der Menüs und Auslösen einer entsprechenden Menüauswahl muss die Pfeilschaltfläche neben dem Firmenlogo betätigt werden. Sie können die Menüs auch durch Anklicken des Stecknadelsymbols dauerhaft sichtbar machen. 12

14 2.5 Die Benutzeroberfläche Daneben sind in der Menüleiste häufig verwendete Funktionen der Symbolleiste Standard über entsprechende Icons oder Fly-out-Menüs direkt ansprechbar. In solchen Fly-out-Menüs werden thematisch verwandte Befehle zusammengefasst. Ebenfalls in der Menüleiste angeordnet sind der Suchassistent bzw. das Fragezeichen-Fly-out-Menü, mit dem auf die umfangreichen Hilfefunktionen zugegriffen werden kann. Symbolleisten enthalten themenbezogen gruppiert Icons, die das direkte Auslösen von Befehlen durch Anklicken des entsprechenden Icons ermöglichen. Der BefehlsManager ist ein Instrument, mit dem je nach dem Kontext der aktuellen Konstruktionsaufgabe unterschiedliche Symbolleisten für den Benutzer vergrößert leicht erreichbar gemacht werden. Beim Modellieren eines Teiles sind per Default die Symbolleisten Features, Skizzieren, Evaluieren sowie DimXpert über den BefehlsManager ansprechbar. Je nachdem, welche der Schaltflächen im Steuerbereich des BefehlsManagers aktiviert wird, zeigt der BefehlsManager die entsprechende Symbolleiste. Fly-out-Menü Speichern Fragezeichen-Fly-out- Menü 13

15 2 Grundlagen von SolidWorks Die Symbolleiste Office Produkte ermöglicht das Aktivieren von Zusatzanwendungen aus dem SolidWorks Professional- bzw. Premium-Paket. Featurebaum Links vom Grafikbereich können durch Betätigen entsprechender Schalter Feature- Manager, PropertyManager, ConfigurationManager oder DimXpertManager zur Anzeige gebracht werden. Am wichtigsten für den Anfang ist der FeatureManager, der im Ausgangszustand sichtbar ist. Er zeigt in strukturierter Form die Elemente, die in der jeweiligen Datei enthalten sind (Featurebaum). Den Ausgangszustand für den Featurebaum einer Teiledatei zeigt die nachfolgende Abbildung. Im weiteren Verlauf des Modellierens werden die verwendeten Konstruktionselemente (Features) im Featurebaum ergänzt. Durch Anklicken der einzelnen Features im Featurebaum mit der rechten Maustaste und entsprechende Auswahl im Kontextmenü kann man sich im Nachhinein sehr einfach über die Eigenschaften der verwendeten Features informieren oder diese Eigenschaften verändern. Der PropertyManager aktiviert sich automatisch bei Auslösen eines Modellierbefehls und führt den Benutzer durch die für den Befehl erforderlichen Aktionen, der ConfigurationManager ermöglicht es, Varianten eines Teils, einer Baugruppe o- der einer Zeichnung zu verwalten. Mit dem DimXpertManager können in einer Teiledatei Bemaßungen sowie Form- und Lagetoleranzen angebracht und verwaltet werden. Dazu später mehr. 14