Featurebasierte 3D Modellierung

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1 1 Featurebasierte 3D Modellierung Moderne 3D arbeiten häufig mit einer Feature Modellierung. Hierbei gibt es eine Reihe von vordefinierten Konstruktionen, die der Reihe nach angewandt werden. Diese Basis Konstruktionen basieren auf Körpern, die durch Extrusion (Rausziehen) oder Rotation von2d Flächen erzeugt werden. Auf die so erzeugten Körper werden dann weiterführende Features, wie Verrundungen angewandt. Die Methode soll im Folgenden an einem Beispiel mittels Solid Works gezeigt werden. Erzeugt werden soll folgende Konstruktion: Zunächst soll das Oberteil erzeugt werden. Um einen Körper durch Extrusion zu erzeugen muss für die zu Grunde liegende 2D Kontur eine Ebene im Raum festgelegt werden. Dies

2 2 können später Oberflächen der vorhandenen Körper sein. Am Anfang muss jedoch eine Ebene genommen werden, die nicht auf einem Körper basiert. Hier können die Achsen des Raumes genommen werden, also die XY-Ebene (Vorne), die XZ-Ebene (Oben) und die YZ-Ebene (Rechts). Nachdem die eine der Standardebenen ausgewählt wurde, kann ein Rechteck gezeichnet werden. Das Rechteck wird am Nullpunkt begonnen und zunächst beliebig gezeichnet. Die gewünschte Größe des Rechtecks wird durch hinzugefügt Bemaßungen erreicht.

3 3

4 Nach Erzeugen des Rechtecks wird das Basis-Feature erzeugt. Hier ein Linear ausgetragener Aufsatz. Nachdem er im Feature Manager ausgewählt wurde erscheint folgendes Bild: 4

5 5 Die Tiefe kann im Manager eingestellt werden, hier 30mm Nun soll auf der oberen Fläche ein kreisförmiger Aufsatz erstellt werden. Dazu muss die Fläche ausgewählt werden, die dann als Arbeitsfläche fungiert. Mit dem Skizzenwerkzeug Kreis wird ein Kreis auf dieser Fläche erzeugt.

6 6 Die Position des Mittelpunktes und der Radius werden wieder durch Bemaßungen festgelegt. Nun kann dieser Kreis wieder als Basis für Linear ausgetragener Aufsatz genutzt werden. Nachdem man für die Tiefe 25mm eingegeben hat, erscheint folgendes Bild:

7 7 Im Feature Manager sieht man die einzelnen Teile. In den Aufsatz und den Grundkörper soll nun ein Loch mit Radius 50mm eingefügt werden. Dazu muss zunächst ein Kreis mit Radius 50 konzentrisch zum Kreis des Aufsatzes erzeugt werden. Als Arbeitsfläche wird die obere Fläche des Aufsatzes gewählt. Auf dieser Ebene wird mit dem Skizzenwerkzeug ein zunächst beliebiger Kreis gezeichnet. Mit Beziehungen hinzufügen werden die beiden Kreise konzentrisch gemacht. Dann wird der Radius noch auf 50 mm gesetzt.

8 Von den Features wird Linear ausgetragener Schnitt ausgewählt. Als Tiefe wird durch alles ausgewählt. Damit geht das Loch durch den ganzen Körper. 8

9 Das Ergebnis sieht dann wie folgt aus: 9

10 10 In diesem Körper sollen nun einige Kanten abgerundet werden. Zunächst werden die Eckkanten des Grundkörpers mit Radius 10mm abgerundet. Dazu geht man zu dem Feature Verrundung, wählt die Kanten aus und stellt den Radius ein.

11 Um die Kanten der oberen Fläche des Grundkörpers abzurunden, wird einfach die Fläche ausgewählt und der Radius 5mm eingestellt. 11

12 12 Dasselbe kann mit der oberen Fläche des Aufsatzes und dem Radius 2mm gemacht werden. Nach diesen Verrundungen sieht das Teil wie folgt aus:

13 Das Teil soll aber nicht voll sein, sondern nur aus einer Wandung mit vorgegebener Dicke bestehen. Dazu wird das Feature Werkzeug Wandung benutzt. Dabei muss zunächst festgelegt werden, welche Fläche entfernt wird, um nicht ein Teil zu erzeugen, das eine Höhlung hat. 13

14 14 Um das untere Teil zu erstellen, wird analog durch Linear aufgetragener Aufsatz, Runden und Wandung ein analoges Teil ohne den kreisförmigen Aufsatz erzeugt. Die dünne Wand am offenen Ende wird nun als Skizierebene genommen. Dabei werden die 3D Kanten auf dieser Ebene als 2D Kanten übernommen. Zu der äußeren Kante wird eine Parallele im Abstand 2 mm erzeugt.

15 Um dieses Teil in das erste reinschieben zu können, muss eine Lippe erzeugt werden. Dies geschieht mit Linear ausgetragener Schnitt und Tiefe 30mm. 15

16 16 Erstellen der Baugruppe Es wird ein neues Fenster Baugruppe erstellt und aus den beiden anderen Fenstern werden die Teile in dieses Fenster gebracht.

17 17 Die beiden Teile müssen nun noch in die richtige Lage zueinander gebracht werden. Dazu wird in die Baugruppe eine Verknüpfung eingefügt. Es werden die beiden Kanten der Teile, die Deckungsgleich sein sollen gewählt.

18 18 Damit liegen die Teile zwar passend, aber es existiert noch ein Freiheitsgrad, wie man durch Verschieben zeigen kann.

19 19 Es ist bisher nur festgelegt, dass die beiden Kanten auf der gleichen geraden liegen müssen. Als nächstes können die beiden vorderen Flächen auf die gleiche Ebene gelegt werden.

20 Jetzt kann der untere Teil nur noch um die gemeinsame Gerade gedreht werden. Dieser Freiheitsgrad wird auch noch festgelegt, wenn die beiden linken Flächen auf die gleiche Ebene gelegt werden. 20

21 21 Erzeugen eines Rotationsfeature Zunächst muss eine Skizze mit dem Rotationsprofil erstellt werden. Neben die Bemaßungen sind noch folgende Constraints erfüllt: Die Linien sind horizontal oder vertikal ausgerichtet. Die Punkte rechts sind vertikal ausgerichtet. Der untere Bogen ist tangential an den darüber liegenden

22 Die linke Linie wird als Rotationsachse genommen und die fett gezeichneten Linien bilden die Kontur. Es wird das Feature Aufsatz/Basis rotiert genommen und der Winkel ist 360 Grad. 22

23 23 Erstellung der Features Die Features werden vom System zurückgeführt auf 2 und 3 dimensionale Objekte und Standard Operationen zwischen diesen Objekten, wie Schnitte und Boolesche Operationen. Linear ausgetragener Aufsatz Hier geht man von einer geschlossenen 2D Kontur aus. Diese bildet auch die untere Fläche des Körpers. Von den Eckpunkten der Kontur werden jeweils Kanten in der Austragungsrichtung mit der Austragungslänge gezogen. Oben werden diese Kanten mit einer Kante verbunden, die jeweils kongruent mit der Kante ist, die die Punkte verbunden hat. Die obere Fläche ist kongruent mit der Fläche, die aus der 2D Kontur gebildet wird. War bisher schon ein Teil erzeugt, wird der Aufsatz mit dem bisherigen Teil vereinigt.

24 24 Linear ausgetragener Schnitt Hier wird zunächst wie bei Linear ausgetragener Aufsatz ein Körper erzeugt. Dieser Körper wird dann von dem bisher erzeugten Teil abgezogen, d.h. es wird die boolesche Differenz gebildet. Beim Linear Austragen kann man eine explizite Tiefe angeben aber Durch Alles oder Bis zur nächsten Teilfläche. Als nächste Teilfläche wird nur eine Fläche genommen, die die Kontur vollständig überdeckt. Die einzelnen Seitenflächen werden dann an dieser Fläche geschnitten. Bei Über Alles wird ein Schnitt mit einer ausreichenden Tiefe, die z.b. aus der Bouding-Box ermittelt werden kann, erzeugt, der dann von dem bisherigen Teil abgezogen wird. Aufsatz Rotiert Hier wird eine 2D Kontur rotiert. Eine Linie in der Kontur ergibt einen Zylinder bzw. Kegelstumpfmantel. Ist die Linie senkrecht zur Rotationsachse ist die Fläche ein Kreisring. Ein Bogen wird umgesetzt in einen Teil der Oberfläche eines Torus. Ausformung Bei einer Ausformung werden zwei 2D Konturen verbunden. Sind dies 2 Kreise ist der Mantel der Ausformung ein Zylinder- bzw. Kegelstumpfmantel evtl. auch schief. Wird jedoch ein Quadrat mit einem Kreis verbunden, so ist der Mantel keine analytische Fläche, sondern es entsteht als Spline -Fläche. Diese Fläche wird folgender maßen erzeugt: Die Konturlinien werden jeweils in n Teile geteilt. Es wird eine Fläche aus jeweils benachbarten Punkten der beiden Konturen gebildet. Die so entstandenen Flächen werden

25 C:\CADV orlesung\par2.p IC 25 durch Splines interpoliert. Um auch die Ecken der Konturen zu erhalten, werden zusätzliche Kanten von den Ecken einer Kontur zu den entsprechenden Punkten der anderen Kontur gezogen, die dort natürlich nicht auf einer Ecke liegen müssen. Austragung entlang einer Kontur Hier wird entlang einer nicht notwendig geschlossenen 3D Kontur ein Profil ausgetragen. Die 3D Kontur ist eine Folge von Linien und Kreisbogen im 3D. Das Profil ist eine geschlossene 2D Kontur. Diese Kontur wird nun entlang der Linien und Bogen des Profils gezogen. Ist das Profil ein Kreis so erhält man an einer Linie einen Zylindermantel, an einem Kreisbogen wieder einen Teil eines Torus. Der allgemeine Fall lässt sich bei einer Line zurückführen auf eine Ausformung. Jeweils am Anfangs- und Endpunkt der Linie wird eine Ebene senkrecht zur Linie gebildet. Auf diesen Ebenen wird das Profil skizziert. Zwischen diese beiden Skizzen wird die Ausformung gebildet. Ein Kreisbogen kann zurückgeführt werden auf einen Rotationskörper und ergibt einen Teil eines Torus. Berühren sich die Elemente der 3D Kontur tangential hat man bereits die Lösung. Ansonsten müssen die Zylinder bzw. die Toruskörper geschnitten werden. Erzeugen einer Wandung Bei dieser Funktion wird aus einem massiven Körper ein Körper erzeugt, wo nur noch die Oberflächen des Körpers als Wände übrig bleiben. Im nicht eine Höhlung zu erzeugen, wo das Innere nicht mit der Außenfläche verbunden ist, wird i.a. vor der Wandung eine Fläche gelöscht. Beim Erzeugen der Wandung wird ähnlich vorgegangen, wie beim Erzeugen einer parallelen Kontur. Zur dicken Linie soll eine Parallele innen mit Abstand d erzeugt werden. Zu jeder Linie ist eine Parallele mit Abstand d zu erzeugen. Zu jedem Bogen ist ein Bogen mit gleichem Mittelpunkt und einer Radiusdifferenz von d zu erzeugen. Nur da wo die Übergänge zwischen den Elementen der Kontur tangential ist hat man bereits das richtige Ergebnis. Im allgemeinen Fall müssen die benachbarten Elemente der parallelen Kontur bis zum Schnittpunkt getrimmt

26 26 werden. Dabei kann auch ein Element ganz verschwinden. Wäre die Linie unten rechts noch etwas kürzer, so würde folgende Situation entstehen: C:\CADV orlesung\par3.pic Bevor der parallele Bogen die Parallele der kleinen senkrechten Linie schneidet, schneidet er schon die Parallele des übernächsten Konturelementes. Dann wird die Parallele der senkrechten Linie nicht berücksichtigt. Der gleiche Fall kann auch bei Linien auftreten. C:\CADVorlesung\par3.P IC Bei der Auswandung eines Körpers muss jeweils eine parallele Fläche zu allen Flächen des Körpers gebildet werden. Von diesen Flächen ist zunächst nur die Geometrie interessant. Die Kanten der neuen Wände werden gebildet, indem die parallelen Flächen geschnitten werden, analog zu den Wänden des Körpers. Auch dabei können analog zu dem Fall oben, Flächen wegfallen.

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