Lehrveranstaltung Ingenieurgeometrie Übungen SS 2014 CAD. I. Arbeiten mit Catia

Transkript

1 I. Arbeiten mit Catia Wir verwenden das -Paket Catia in der Version V5. Die Grafik unten zeigt eine Übersicht der Benutzeroberfläche des Part Design Packages dieses Programmes. Sketcher Block (Extrusionskörper) Welle (Rotationskörper) Rippe (Zugkörper) Hilfen: Löschen, Esc-Taste (= Abbruch) Maustastenbelegung: Schieben: Mittlere Maustaste gedrückt halten und ziehen Zoomen: Mittlere Maustaste gedrückt halten, links klicken und ziehen Schwenken: Mittlere und linke Maustasten gedrückt halten und ziehen Strukturbaum: Zugriff auf und Übersicht von bereits generierten Objekten Skizzierebenen: Jede Ebene kann mithilfe des Sketchers zur Skizzierebene gemacht werden, in der die für die Erzeugung von Körpern notwendigen Profile und Achsen eingetragen werden. Seite 1 von 10

2 II. Modellieren von einfachen Körpern Beispiel Tetraeder : Erzeugung eines Blocks (hier Würfel) mittels eines Quadrats in einer Skizzierebene (xy-ebene) Raster/Fang Exit Sketcher Bemaßung Nach der Erzeugung des Würfels werden von diesem 4 entsprechende Pyramiden abgetrennt um das Tetraeder zu erhalten. Trennen Beispiel Meißelspitze Erzeugung eines Blocks nach beiden Seiten aus einer Skizze in der yz-ebene. Die Form der Spitze entsteht durch trennen mit Ebenen, die in der Ausführung des Befehls erzeugt werden ( on the fly ). Dazu können neben der Koordinateneingabe von einzelnen Punkten auch schon vorher im Sketcher Hilfskonstruktionen entwickelt werden, um die Schnittebenen rationeller definieren zu können. Seite 2 von 10

3 Beispiel Torus mit Villarceauschen Kreisen : Lehrveranstaltung Erzeugung einer Welle wobei ein Meridiankreis um eine Achse gedreht wird. Anschließend wird mittels einer Doppeltangentialebene eine Hälfte des Torus abgetrennt. Umkehraufgabe: Gegeben seien Villarceausche Kreise. Wie lässt sich der Ausgangstorus eruieren? Modellieren Sie diesen. Beispiel Inbusschlüssel 5mm : Zuerst werden die für den Inbusschlüssel notwendigen Profile erzeugt. Die Profilkurve ist ein regelmäßiges Sechseck, die Zentralkurve (Pfad) besteht aus zwei Strecken sowie einem Viertelkreis. Mithilfe dieser Bestimmungsstücke kann nun der Schlüssel als Zugkörper (Rippe) modelliert werden. Beispiel HM-Bohrerspitze : Der Ausgangskörper der Hartmetallspitze eines gewöhnlichen Betonbohrers (8mm) ist ein Block mit der Höhe 5mm, dessen Grundfläche ein Parallelogramm in der xy- Ebene darstellt. Die beiden Schneiden sind gegenüber der z-richtung um 65 geneigt und jeweils versetzt. In den Normalebenen der Schneiden werden die Schnittebenen definiert: Die Flanken der Schneiden stehen rechtwinkelig aufeinander und sind hinsichtlich der Bohrbewegung geneigt. Diese Informationen werden benötigt, um die Schnittebenen für den Befehl Trennen definieren zu können. Zum Schluss können noch die beiden Gratkanten verrundet werden. Seite 3 von 10

4 III. Räumliche Transformationen Räumliche Kongruenztransformationen, die im Part Design zur Verfügung stehen, sind Schieben, Drehen und die allgemeine Kongruenztransformation, der zwei entsprechende Koordinatensysteme zugrunde liegen. Diese Befehle sind in der rechten Toolbar zu finden. Zum Duplizieren markiert man die entsprechenden Bauteile und kopiert/fügt ein über die rechte Maustaste. Daneben gibt es noch allgemeine Transformationen wie Spiegeln, Skalieren, affines Skalieren sowie verschiedene Reihenanordnungen. Beispiel Abseilachter : Zuerst werden die beiden vollständigen Tori T 1 (Mittenkreisradius = 32, Meridiankreisradius = 6) T 2 (Mittenkreisradius = 20, Meridiankreisradius = 6) erzeugt. Der Abstand zwischen den beiden Mittelpunkten = 80 Anschließend wird ein neuer Körper und dort der 3. Torus T 3 (Mittenkreisradius = 38, Meridiankreisradius = 6) eingefügt. Um diesen an die richtige Stelle (tangential an die anderen Tori) zu verschieben ist eine Hilfskonstruktion von Vorteil. (Sketcher) Nun wird T 3 angepasst (Trennen) und der verbleibende Teil einmal gespiegelt um den vollständigen Abseilachter zu erhalten. IV. Modellieren mit Booleschen Operationen Um mit den bekannten Booleschen Operationen arbeiten zu können, müssen die entsprechenden Teile unabhängig voneinander generiert werden. Die Abhängigkeiten der einzelnen Konstruktionsschritte sind im Strukturbaum ersichtlich, der das Protokoll über die einzelnen Arbeitsschritte und deren Abhängigkeiten führt. Beispiel Standardmutter : Nach Erzeugung eines Sechskantprismas (Block) und der Gewindebohrung werden vom Hauptkörper (MUTTER M14) unabhängig weitere Körper (hier: Kugel2) eingefügt. Auf die so erzeugten Körper können jetzt Boolesche Operationen angewandt werden. Wichtig ist es, den Strukturbaum übersichtlich zu halten. Beispielsweise durch geeignete Bezeichnungen der Teile bzw. der Konstruktionsschritte (re. Maustaste/Eigenschaften). Seite 4 von 10

5 IV. VERSCHIEDENE FEATURES Beispiel Speichenschlüssel 3.3mm : Das Bauteil besteht aus einem Schlüsselteil und dem Griff. Der Schlüsselteil wird mithilfe eines Blocks (Dm = 14) modelliert. Der Griff ist ein Zugkörper dessen Profilkurve ein Kreis (Dm = 5.5mm) und dessen Zentralkurve eine 3d Splinekurve ist. Um eine 3d Splinekurve zu modellieren, muss Generative Shape Design (unter Flächen ) geladen werden. Die Kurve selbst benötigt 7 Punkte und im Anfangs- und im Endpunkt jeweils die Tangentenrichtung als Bestimmungsstück. Beispiel Rohrverschneidung : Relativ einfach ist es, verschiedene Rohrelemente mit Catia zu erzeugen. Das Bauteil besteht aus einem geraden Rohrstück (Dm = 80mm) und einem Krümmer (Mittenkreisradius = 60, Dm = 70). Diese beiden Teile werden als Block bzw. als Welle ausgeführt. Um nun diese massiven Teile auszuhöhlen verwendet man das Feature Schalenelement (shell). Es müssen dann nur mehr die Wandstärke sowie die zu öffnenden Flächen angegeben werden, um die Rohrverschneidung zu vervollständigen. Seite 5 von 10

6 V. SCHRAUBFLÄCHEN Durch das wurden einige Bereiche der Darstellung von komplizierteren Körpern und Flächen sehr gut erschlossen. Einer davon ist die Erzeugung verschiedener Schraubflächen. Die Schraubung im klassischen Sinn ist definiert durch eine konstante Drehung um eine Achse kombiniert mit einer davon linear abhängigen Schiebung in Richtung dieser Achse. Um nun Schraubflächen in Catia zu modellieren, liegt es nahe, das Feature Rippe zu verwenden wobei als Zentralkurve (Leitkurve) eine Schraublinie verwendet wird. Erzeugung einer Schraublinie: Da eine Schraublinie eine Raumkurve (3d- Kurve) ist, und in Part Design nur ebene Kurven in Skizzierebenen modelliert werden können, muss z.b. das Package (workbench) Generative Shape Design geladen werden. Dort sind 3d-Kurven in der Funktionsleiste Drahtmodell zu finden und unter diesen auch Helix. Ganghöhe Beispiel Meridiankreisschraubfläche : Wurde eine passende Schraublinie als Zentralkurve erzeugt, so ist noch eine Profilkurve (hier ein Kreis) anzugeben. Zu beachten ist auch die Profilsteuerung, denn es sollen bei dieser Fläche im Schnitt mit den Meridianebenen nur Kreise entstehen. Wird anstatt Winkel beibehalten (rote Grafik) als Referenzfläche die xy-ebene gewählt, so bleibt eine stärkere Beziehung zwischen Kreis und dieser Ebene auch im Zugkörper erhalten, was das Gewünschte leistet. Seite 6 von 10

7 Beispiel Rohrschraubfläche : Im Gegensatz zur Meridiankreisschraubfläche verlangt die Rohrschraubfläche Kreisschnitte mit jenen Ebenen, die normal zu den Tangenten der Schraublinie des jeweiligen Kreismittelpunktes stehen. Zentralkurve ist wieder eine Helix, die im Generative Shape Design erstellt wird. Dort wird auch jene Ebene ( senkrecht zur Kurve ) erzeugt, die das Profil (Kreis, dickes Profil ) trägt. Anschließend wird mit dem Feature Rippe die Rohrschraubfläche fertiggestellt. Beispiel Förderschnecke : Die Profilkurve ist wie bei jeder Wendelfläche eine Gerade, die normal auf die Schraubachse steht (Aufmass = 3) Als Zentralkurve dient eine Helix, die eine Ganghöhe von 30 aufweist. Schraubzylinderradius = 18 4 Umdrehungen Anschließend wird der Schraubkörper nach oben und unten mit achsennormalen Ebenen (Höhe = 100) begrenzt und die Trägerwelle hergestellt (Länge = 160, dm = 12). Beispiel Förderschnecke mit variabler Ganghöhe : Eine Wendelfläche ander Art gilt es in diesem Beispiel zu erzeugen. Als Zentralkurve dient eine Helix, die eine variable Ganghöhe (15 30) aufweist. Schraubzylinderradius = 18 5 Umdrehungen Die Profilkurve ist wie bei jeder Wendelfläche eine Gerade, die rechtwinkelig auf die Schraubachse steht (Aufmass = 3). Bemerkung: Die entstehenden Flächen sind keine Schraubflächen im geometrischen Sinn. Anschließend wird der Schraubkörper nach oben und unten mit achsennormalen Ebenen (Höhe = 100) begrenzt und die Trägerwelle hergestellt (Länge = 160, dm = 12). Seite 7 von 10

8 Beispiel Schraubstockspindel : Eine Spindel besitzt ein Flachgewinde, entspricht also einer Wendelfläche. Eine solche Fläche entsteht durch Verschraubung einer die Schraubachse schneidenden und darauf normal stehenden Geraden. Eine mögliche Erzeugung wäre also, das Gewinde als Rippe, den anderen Teil als Welle mit Bohrloch zu konstruieren. Der Rippe dient eine Helix (Höhe = 300, Ganghöhe = 6, Schraubzylinderdurchmesser = 30) als Zentralkurve, sowie ein Trapez als Profilkurve (Gewindetiefe = 2.5). Schaftdurchmesser = 25 Spindelkopf: Länge = 50, dm = 40 Bohrungsdurchmesser = 20 Gesamtlänge = 370 Beispiel Bohrerschaft : Nach Erzeugung eines kegelförmig (15 ) abgestumpften Drehzylinders (Länge = 120, dm = 7.2) mit Welle, erfolgt die Konstruktion der Ausnehmung der Schaftrillen (Spannuten). Diese Fräsungen besitzen nach einem linearen Eingriff schraublinienförmigen Verlauf (Ganghöhe = 40). Dazu kann das Feature Rille, das die Verallgemeinerung von Nut ist verwendet werden. Wenn ein Rundkopffräser zur Herstellung verwendet wird, ergibt sich im Schnitt mit dem Schaftkörper eine Rohrschraubfläche, bzw. ein Drehzylinder. Zum Abschluss wird noch die Ausnehmung für die Spitze hergestellt (siehe screenshot). Geometrische Aufgabe: In einer Ebene, die zur Grundrissebene um 30 geneigt ist, liegt ein Profil. Dieses soll so verschraubt werden, dass der Querschnitt konstant erhalten bleibt. Wie lässt sich die Schraubung definieren, wenn die Ganghöhe 200 ist? Seite 8 von 10

9 Beispiel HSS-Spiralbohrer : Dieser Spiralbohrer verdankt seine Form der Frage nach der Schärfbarkeit. Die Schneide soll in einem möglichst einfachen Schärfvorgang ihre ursprüngliche Form (Gerade) wiedererhalten. So liegt es nahe eben diese Gerade (Schneide) selbst zu verschrauben. Geometrisch heißt das, das die Spannuten durch eine schiefe, offene Strahlschraubfläche bestimmt sind. Der Schärfvorgang nimmt nun Rücksicht auf die Erzeugenden der Strahlschraubfläche und erhält diese als Schneide indem sie zur Erzeugenden eines Drehkegels gemacht wird, der geschliffen wird. Das gilt für jede einzelne Spannut. Hier zweimal ausgeführt. Beispiel Seilstück : Ein Seil entsteht durch Verdrillung einzelner Litzen. Hier wurde mit Rippe eine solche erzeugt (Ganghöhe = 10, Radius = 1). Die Profilebene steht senkrecht zur Schraubachse. Anschließend mit der Reihe Kreismuster und Block die restlichen Litzen erstellen. Wieso entspricht diese Darstellung i.a. nicht einem realen Seil? Seite 9 von 10

10 V. ASSEMBLY Mit dem Package Assembly können mehre Teile eines Objekts in ein Produkt zusammengefügt werden. Beispiel Betonbohrer 8mm : Zuerst wird also eine Produktdatei geöffnet, das Package Assembly geladen und die beiden schon erzeugten Komponenten Bohrerschaft und Bohrerspitze eingefügt (die Komponente auswählen und im Strukturbaum die Destination angeben). Nun wird die Bohrerspitze in Bezug zum Bohrerschaft positioniert. Dazu stehen verschiedene Bedingungen zur Verfügung. Hier werden z.b. Flächenkontakt- und Offsetbedingung verwendet. Seite 10 von 10