CAD-Praktikum für den Maschinen- und Anlagenbau mit PTC Creo

Transkript

1 CAD-Praktikum für den Maschinen- und Anlagenbau mit PTC Creo

2 Peter Köhler Herausgeber CAD-Praktikum für den Maschinen- und Anlagenbau mit PTC Creo Mit 401 Abbildungen und 21 Tabellen Unter Mitarbeit von René Andrae, Stéphane Danjou, Ansgar Heinemann, Marcin Humpa, Phil Hungenberg, Thivakar Manoharan und Alexander Martha

3 Herausgeber Peter Köhler Fakultät für Ingenieurwissenschaften (IPE/CAE), Universität Duisburg-Essen Duisburg, Deutschland ISBN DOI / ISBN (ebook) Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer Vieweg Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2016 Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlags. Das gilt insbesondere für Vervielfältigungen, Bearbeitungen, Übersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Der Verlag, die Autoren und die Herausgeber gehen davon aus, dass die Angaben und Informationen in diesem Werk zum Zeitpunkt der Veröffentlichung vollständig und korrekt sind. Weder der Verlag noch die Autoren oder die Herausgeber übernehmen, ausdrücklich oder implizit, Gewähr für den Inhalt des Werkes, etwaige Fehler oder Äußerungen. Lektorat: Thomas Zipsner Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 Vorwort Das vorliegende Buch ist keine direkte Neuauflage der bereits von uns erschienenen Pro/ENGINEER- bzw. CATIA-Lehrbücher zu einführenden und fortgeschrittenen Arbeitstechniken der parametrischen 3D-Konstruktion ([3] bis [10]), auch wenn wir bewährte Aufgabenstellungen daraus übernommen haben. Ziel war vielmehr, auf Basis grundlegender Modellierungstechniken auch methodische Lösungsansätze zu entwickeln, die unabhängig von einem speziellen CAD-System anwendbar sind und der weiteren Qualifizierung der Produktdatenmodelle dienen. Darüber hinaus sollten die Möglichkeiten zur Abbildung der Produktlogik und zur Verknüpfung von Engineering-Prozessen im CAD an sinnvollen Beispielen des Maschinen- und Anlagenbaus weiter vertieft werden. Diese im Buch enthaltenen Lösungsansätze wurden mit PTC Creo beispielhaft umgesetzt. Für fortgeschrittene CAD-Nutzer sind diese mehrheitlich problemlos auf andere vergleichbare Systeme übertragbar. Dazu geben wir in den ersten beiden Kapiteln einige Hinweise. In Kapitel 3 wurden Hinweise und Beispiele zur Generierung von Modellreferenzen zusammengefasst, auf die bei der Bearbeitung der einzelnen Aufgabenstellungen zurückgegriffen werden kann. Die weiteren Abschnitte des Buches bieten zunächst eine schrittweise Einführung in die parametrische Produktmodellierung. Neben der Bauteil- und Baugruppenkonstruktion werden auch Hinweise für Modellanalysen, Modelländerungen, Vereinfachungen und zur Abbildung von internen und übergreifenden Modellzusammenhängen gegeben. In Kapitel 6 werden Grundlagen und Arbeitsweisen der Produktdokumentation behandelt. Dazu gehören neben der Zeichnungserstellung auch die Abbildung von Produktmerkmalen im 3D- Datenmodell und der Einsatz von Animationstools. Im Kapitel 7 werden ausgewählte Aspekte zur Produktoptimierung weiter vertieft. Schwerpunkte bilden dabei fortgeschrittene Arbeitstechniken zur Geometrieoptimierung und zur Wissensintegration sowie die Einbindung konstruktionsbegleitender Berechnungen und Simulationen. In Kapitel 8 werden dann Anwendungsbeispiele aus dem Maschinen- und Anlagenbau genutzt, um die Möglichkeiten zur Wissensintegration in Engineering-Prozesse weiter zu vertiefen. Ich wünsche allen Lesern viel Erfolg bei der Bearbeitung der Aufgabenstellungen. Ich danke den Mitarbeitern des Lehrstuhles Rechnereinsatz in der Konstruktion der Universität Duisburg-Essen für die engagierte und kreative Mitarbeit bei der Erarbeitung des Manuskriptes und den studentischen Mitarbeitern für die kritische Durchsicht der Übungsbeispiele. Dank gilt auch dem Verlag, insbesondere Herrn Thomas Zipsner und Frau Imke Zander für die wertvolle Unterstützung sowie Herrn Dr. Yousef Hooshmand für die kritische Durchsicht des Manuskriptes und die wertvollen Anregungen bei der Neugestaltung des Buches. Duisburg, im Juli 2016 Peter Köhler

5 Inhaltsverzeichnis 1 Einführung Die Benutzerschnittstelle des CAD-Systems Allgemeine Hinweise zur Arbeit mit CAD-Systemen Anwenderunterstützung Die Arbeitsumgebung von PTC Creo Interaktionen im Hauptarbeitsfenster Systemkonfiguration und Dateimanagement Namenskonventionen für Modellelemente und Parameter Folien Unterdrückung von Konstruktionselementen Darstellungsoptionen und Farbeffekte Modellinformationen Ansichtsmanager von PTC Creo Vereinfachte Darstellungen Speicherung von Darstellungsvarianten in Baugruppen Explosionsdarstellung Querschnitte Modellreferenzen Standardbezugselemente Schablonen erstellen Skizzierte Bezugselemente Die Skizzieroberfläche Beispielskizze Kegelschnittkurven Ebene Splinekurven Import von Bezugselementen Benutzerdefinierte Bezugskurven Analytische Kurvenbeschreibung Kurven durch Punkte Punktmuster auf Bezugskurven Referenzen aus Elementverknüpfungen Referenzen aus Modellanalysen Abbildung von Modellzusammenhängen Definition von Parametern und Beziehungen Zusammenfassen von Referenzen über Referenz-KE Graphgesteuerte Parameteranpassung Steuerung von Modellzusammenhängen Erzeugung geometrischer Abhängigkeiten... 57

6 VIII Inhaltsverzeichnis 3.9 Datenaustausch Datenschnittstellen Aufbereitung importierter Daten Massenzuweisung bei Importteilen Bauteilmodellierung Die Arbeitsumgebung Modellierungsoptionen Skizzierte Bezugselemente Profil- und Rotationskörper Einführende Beispiele Anwendungsbeispiel Ventilkorpus Gezogene Modellelemente Ebene Trajektionen Spiralförmige Trajektionen Räumliche Trajektionen Trajektionen mit Querschnittsänderung über Leitkurven Trajektionen mit parametrischer Querschnittsänderung Verbundelemente Verbundelemente mit parallelen Anschlussquerschnitten Materialentfernung über ein Verbundelement Verbundelemente zwischen vordefinierten Querschnitten Gekrümmte Verbundelemente Gezogene Verbundelemente Konstruktionsfeatures Fasen und Rundungen Regelbasierte Selektion Bohrungen und Gewinde Fertigungsbedingte Anpassungen Schalenelemente Rippen Kopieren von Elementen Mustererzeugung Kosmetische Konstruktionselemente Benutzerdefinierte Features Modellanpassungen Veränderung von Maßen und Attributen Gruppieren und Umordnen von Elementen Modellparametrisierung Graphauswertung Flächenorientierte Bauteilmodellierung Berandungsverbundfläche Freiformflächen Versatzflächen Verlängern von Flächen Flächenabwicklung

7 Inhaltsverzeichnis IX Flächenverknüpfungen Flächenverbund Modellverformung Blechteilmodellierung Arbeitsumgebung Körperkonvertierung Laschen und Blechprofile Biegungen Blechabwicklung Übergangsstücke Einformen und Schneiden Beispiel für ein Blechbiegeteil Teilefamilien Baugruppenmodellierung Die Arbeitsumgebung Der Einbau von Komponenten Grundlagen Einbau über Koordinatensysteme Einbau über Bezugselemente und Achsen Einbau über Geometrieelemente Einbaukorrektur Verwendung von Skelettmodellen Aufbau des Strukturmodells Verwendung von Skelettmodellen Abbildung von Produktstrukturen Austausch von Komponenten Austauschbaugruppen Nutzung von Komponentenschnittstellen Baugruppenkonfigurierung über Familientabellen Baugruppeninformation Analysierung des Baugruppenmodells Konstruktionsstudien im Baugruppenmodus Baugruppenstrukturen und Stücklisten Schrumpfverpackungen Anpassungen von Komponenten Bauteilkorrekturen Flexible Komponenten Baugruppenabhängige Teilemodellierung Formenbau Verbindungsassistenten Verschraubungsassistent Schweißbaugruppen Unterstützung der Produktdokumentation Abbildung von Produktmerkmalen im 3D-Datenmodell

8 X Inhaltsverzeichnis Anmerkungen am 3D-Modell Anzeigen von Maßtoleranzen Geometrietoleranzen Zusätzliche Modellsichten Model Viewer Toleranztabellen Zeichnungsableitung aus dem 3D-CAD-Modell Zuweisung des Layouts Zeichnungseinstellungen Modelleinstellungen Verwaltung mehrerer Zeichnungsblätter Basisansicht Projektions- und Hilfsansichten Schnittdarstellungen Detailansichten Halbe Ansicht, Bruchansicht, Teilansicht Baugruppen-, Explosionsdarstellungen Ergänzende Geometrieelemente Bemaßungen Oberflächenangaben Form- und Lagetoleranzen Notizen und Tabellen Animationen Gelenkdefinition für Bewegungsstudien Animation einrichten Explosionsanimation Arbeitstechniken zur Produktoptimierung Modellanalysen Modelcheck Modellvergleich Toleranzanalyse Benutzerdefinierte Analyse Geometrieoptimierung Optimierung eines Blechteils Statische Unwuchtoptimierung einer Kurbelwelle Graphenvergleich Multiziel-Konstruktionsstudien Wissensintegration Excel-Analyse Einbindung einer Mathcad-Analyse Definition komplexer Beziehungen mit Pro/PROGRAM Anwendungsorientierte Programmierung Konstruktionsbegleitende Simulation Mehrkörpersimulation FEM-Berechnungen

9 Inhaltsverzeichnis XI Referenzkurven aus Bewegungsanalysen Anwendungsbeispiele Rohrzange Entwurfsskizze für eine Rohrzange Weitergabe geometrischer Referenzen Geometrievererbung Besondere Zylinder-Kegel-Durchdringungen Konstruktiv-geometrische Grundlagen Abwicklungsgerechte Rohrverbindungen Rohrverzweigungen Stutzensonderformen Behälterbau Behälterboden Behältergrundkörper Stutzen Flanschverbindungen Tragelemente Massenberechnung Integration ausgewählter Festigkeitsberechnungen Beachtung fertigungstechnischer Randbedingungen Problemeingrenzung Wendelverteiler Transportschnecken Zylinderschnecken Regelschraubflächen Bauteilvorbereitung für den 3D-Druck Arbeit mit Partialmodellen am Beispiel eines Gussteiles Vorbereitung der Modellgeometrie Definition einer Gussbaugruppe Anpassung des Skelettmodells Ableitung der Innen- und Außenteile Rohteildefinition Gussteilbearbeitung Erstellung einer Gusskavität Stirnradgetriebe Zahnraderzeugung Baugruppenkontext CAD-CAM am Beispiel einer Antriebswelle Profilkonstruktion Vorbereiten der Baugruppe Einbau der Profile Definition von Verbindungsknoten Definition von Verbindungselementen Schraubverbindungen und Schweißnähte Nachträgliches Editieren der erzeugten Bauteile

10 XII Inhaltsverzeichnis Literaturverzeichnis Sachwortverzeichnis Teileverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis