CATIA V5 - Grundkurs für Maschinenbauer: Bauteil- und Baugruppenkonstruktion, Zeichnungsableitung

386 Pages·2015·30.066 MB·German

by  Ronald List (auth.)

Ronald List
CATIA V5 – Grundkurs
für Maschinenbauer
Bauteil- und Baugruppenkonstruktion,
Zeichnungsableitung
7. Auflage
CATIA V5 – Grundkurs für Maschinenbauer
Ronald List
CATIA V5 – Grundkurs für
Maschinenbauer
Bauteil- und Baugruppenkonstruktion,
Zeichnungsableitung
7., überarbeitete, aktualisierte und erweiterte Auflage
Mit 635 Abbildungen
Unter Mitarbeit von Michael Sternberg und Robert List
RonaldList
WeilimSchönbuch,Deutschland
ISBN978-3-658-07821-8 ISBN978-3-658-07822-5(eBook)
DOI10.1007/978-3-658-07822-5
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Vorwort
Das vorliegende Lehr- und Arbeitsbuch wurde aus dem Bedürfnis heraus verfasst, Studierenden
des Maschinenbaus und Praktikern den Einstieg in das Konstruieren mit CATIA V5 weitge-
hend im Selbststudium zu ermöglichen. Vorkenntnisse sind nicht erforderlich. Wer aber schon
über ein Basiswissen in der Volumenmodellierung mit CATIA verfügt, kann z. B. auch mit den
Übungen in Kapitel 9 beginnen.
Die Erfahrung hat gezeigt, es modelliert sich leichter bei einem Grundverständnis für die Kon-
struktionssystematik. Im Kapitel 2 wurden deshalb eine Einführung in den Konstruktionspro-
zess vorangestellt und einfach anwendbare Konstruktionsprinzipien erläutert. Prinzipkonstruk-
tionen können bereits der Ausgangspunkt der Modellierung sein. Die dazu benötigten Darstel-
lungssymbole wurden zusammengefasst und zur Anwendung empfohlen. In den Konstrukti-
onsübungen wird auf die Ausführungen dieses Kapitels Bezug genommen. Auch in allen ande-
ren Kapiteln wird versucht, den praktischen Bezug zur Maschinenbaukonstruktion herzustellen.
Eine kurze Einführung in CATIA V5 enthält Kapitel 3. Der Umgang mit Dateien in CATIA V5
wird im Kapitel 4 beschrieben.
Grundlagen der Bauteilkonstruktion werden in Kapitel 5 vermittelt, die in Kapitel 8 für Norm-
teile und in Kapitel 9 für Guss- und Schweißteile, für Schraubenfedern sowie für Übergangstei-
le zwischen unterschiedlichen Querschnitten ausgebaut werden. Für die Modellierung räumlich
gekrümmter Körper werden die Grundlagen gelegt und anschließend auch Konstruktionsbei-
spiele mit anspruchsvoller Geometrie modelliert.
Kapitel 6 beschäftigt sich mit dem Zusammenbau der in Kapitel 5 modellierten Bauteile zu
einer Baugruppe. In Kapitel 10 werden Methoden der Baugruppenkonstruktion an mehreren
komplexen Beispielen aus dem Vorrichtungsbau und der Antriebstechnik vermittelt.
Der Zeichnungsableitung aus den Modellen und der ausführlich beschriebenen normgerechten
Zeichnungsaufbereitung ist Kapitel 7 gewidmet. Die Bedeutung der Zeichnungsschnitte für
Baugruppen wird auch an den Beispielen in Kapitel 10 veranschaulicht.
Einen Einstieg in das Konstruieren von Baugruppen mit Abhängigkeiten der Bauteile enthält
Kapitel 11.
Den Analysefunktionen für Bauteile und Baugruppen wurden gesonderte Kapitel zugeordnet.
Das Einarbeiten in die Volumenmodellierung mit CATIA erfolgt im Wesentlichen an sorgfältig
ausgewählten Übungsbeispielen. Die Modellierung der Bauteile und Baugruppen wird ausführ-
lich beschrieben und ist mit vielen didaktischen Hinweisen versehen. Alle wichtigen Zwischen-
stufen der Modellierung sind in farbigen Bildern festgehalten. Die Unterlagen sind weitgehend
erprobt.
Erfahrungswerte zur Zeitdauer der Übungen wurden unter Anwenderhinweise am Schluss des
Buches angefügt.
Im Zuge der Weiterentwicklung von CATIA bleibt es nicht aus, dass einige Funktionen um-
gruppiert, neue Funktionen hinzugefügt und Fenster neugestaltet werden. Trotz großer Sorgfalt
können infolgedessen bei der hohen Detaillierung der Modellierungsbeschreibungen Unstim-
migkeiten nicht ausgeschlossen werden. In jedem Fall ist stets die Funktionalität der älteren
Version in der neuen enthalten. Dadurch bleiben auch die CAD-spezifischen Aussagen in die-
sem Buch über einen längeren Zeitraum aktuell.
VI Vorwort
Mein Dank gilt Herrn Dipl.-Ing. Thomas Zipsner und Frau Imke Zander vom Springer
Vieweg Verlag für die freundliche und sachkundige Zusammenarbeit sowie für die
gewissenhafte Lektorierung und für die gute Ausstattung des Buches. Mein besonderer Dank
gilt Prof. Dr. Michael Sternberg und M.Sc. Robert List für ihre Mitwirkung sowie allen
Studierenden, die Fehler und Unverständliches aus den Übungsanleitungen herausgefiltert
und mit Rat und Tat zur Gestaltung der Übungen beigetragen haben.

Zur 7. Auflage
Die Funktionalität der Bauteil- und Baugruppenmodellierung sowie der Zeichnungsableitung
hat inzwischen eine große Stabilität erreicht und wird auch weitgehend in gleicher oder ähnli-
cher Weise in CATIA V6 weitergeführt.
Die vorliegende 7. Auflage ist auf die Versionen 5.19 und 5.21 aktualisiert. Neben der Aktuali-
sierung und didaktischen Verbesserungen wurde die Bauteilkonstruktion um die Volumenmo-
dellierung mit Mehrfachschnitten und frei gekrümmten Führungselementen ausgebaut. Diesem
auch für Maschinenbauer wichtigen Teilbereich der Volumenmodellierung wurde deshalb ein
eigenes Kapitel 9.6 Übergangskörper zugeordnet. Auf eine aneignungsfreundliche Gestaltung
der dafür erforderlichen anspruchsvollen Grundlagen aus der Arbeitsumgebung Wireframe and
Surface Design (Drahtmodell und Flächenkonstruktion) wurde dabei besonderer Wert gelegt.
Die neue Möglichkeit, auf einen Punkt zulaufende Bauteile als Volumenkörper zu modellieren,
wird an den neu aufgenommenen Beispielen Tetraeder, Pfeilspitze, Surfbrett und Kranhaken
gezeigt. Die Modellierung eines Sicherheitsventils musste dafür aus Platzgründen entfallen.
Auf Anwenderwünsche hin wurde das Sachwortverzeichnis für diejenigen, die sich mit einer
englischsprachigen Version einarbeiten, um ausgewählte CATIA-Funktionen in Englisch er-
weitert.
Zum Beschleunigen von Übungen stehen wieder ausgewählte CAD-Modelle zum Download
unter der Internetadresse www.springer.com beim Buch in der rechten Spalte unter Zusätzli-
che Informationen zur Verfügung. Auch hier wurden Ergänzungen vorgenommen (siehe dazu
unter Anwenderhinweise auf Seite 364). Die Modelle sind so ausgewählt, dass sie das didakti-
sche Konzept, sich durch eigenes Üben Grundkenntnisse in CATIA V5 anzueignen, nicht ge-
fährden.
Bereitgestellt werden Dateien für die Baugruppen Spann- und Abziehvorrichtung, Bauteilana-
lyse, Einspannung, Wellenlagerung, Topfgetriebe sowie Teiledateien wie Federn und Lager-
bock. Insbesondere dürfte das Bereitstellen von Einzelteilen für das Topfgetriebe diese kom-
plexe Übung für den Anwender attraktiv machen. Neu aufgenommen wurde das Modell des
Kranhakens mit räumlich gekrümmten Flächen unter Version 5.19, welches auch auf die neuen
Möglichkeiten in Version 5.21 erweitert werden kann.

Stuttgart, im Januar 2015 Ronald List

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Inhaltsverzeichnis
1 Zielsetzung ................................................................................................... 1
2 Konstruktionssystematische Grundlagen……..…………….………...... ...... 3
2.1 Der Konstruktionsprozess im Überblick………………………………. ........ 3
2.2 Aufgabenphase……………………………………………………..….. ........ 5
2.3 Konzeptphase………………………………………………………...... ........ 8
2.4 Gestaltungsphase………………………………………………………. ........ 15
2.5 Ausarbeitungsphase……………………………………………………......... 19
2.6 Allgemeine Konstruktionsprinzipien………………………………….. ........ 20
2.7 Reihenfolge beim Gestalten einer Baugruppe…………………………. ........ 25
2.8 Zusammenfassung………………………………………….………….. ........ 32
3 Einführung in CATIA V5…………………………………………………. ....... 33
3.1 Allgemeines……………………………………………………….……........ 33
3.2 Leistungsumfang…………………………………….………………… ........ 33
3.3 Umgang mit CATIA V5……………………………………………….......... 35
3.3.1 Bildschirmaufbau…………………………………………….…....... . 35
3.3.2 Starten von CATIA…………………………………………………. . 36
3.3.3 Cursor………………………………………………………………... 36
3.3.4 Operationen mit Maus- und Funktionstasten……………………..... .. 36
3.3.5 Standardfunktionen des Dauermenüs………………………………. . 37
3.3.6 Online-Hilfe…………………………………………………………. 38
3.3.7 Voreinstellungen………………………………….……………….… 39
4 Umgang mit Dateien in CATIA V5……………………………………… ....... 41
4.1 Allgemeines……………………………………………….………....…........ 41
4.2 Dateifunktionen………………………………………………….…...... ........ 43
5 Bauteilkonstruktion………………………………….……….……….……. ...... 49
5.1 Grundlagen…………………………………………………………….. ........ 49
5.2 Skizzenerstellung……………………………………….……………... ........ 49
5.3 Teileerstellung…………………………………………………………. ........ 54
5.4 Verwendete Symbolik und Einführungsbeispiel………………………. ........ 58
5.4.1 Symbolik…………………………………………………………….. 58
5.4.2 Einführungsbeispiel…………………………………………………. 58
5.5 Teilekonstruktionen……………………………………..……………........... 64
5.5.1 Systematisierung und Auswahl der Beispiele…………………… ...... 64
5.5.2 Prismatische und scheibenförmige Teile… ......................................... 65
5.5.3 Rotationssymmetrische Teile………….……………………..….. ...... 80
5.5.4 Mittels boolescher Operationen erzeugte Teile…………….……. ..... 90
5.5.5 Mittels einer Führungskurve erzeugte Teile……………...….….. ...... 100
5.5.6 Aus 1D-Geometrie erzeugte Körper und Teile…………… ................ 105
5.5.7 Schalen und Hohlkörper ………………………………...…….. ........ 108
5.6 Materialzuweisung und Analysefunktionen für Bauteile………………. ....... 111
5.6.1 Material zuordnen und darstellen…………………………….…. ...... 111
5.6.2 Bauteilgeometrie ausmessen.………..……………………………. .... 112
5.6.3 Fliegen und Gehen durch ein Objekt……………………………….. . 114
5.6.4 Trägheitseigenschaften ermitteln………………………………... ...... 115
VIII Inhaltsverzeichnis
5.6.5 Gewinde, Auszugsschrägen Krümmungen, Wandstärken analysieren 116
5.6.6 Skizzenanalysen……………………………………….….……… ..... 116
5.7 Neuordnen des Strukturbaumes für Bauteile…………………………... ....... 117
5.8 Formeln und Tabellen in Bauteilkonstruktionen…………....……… ............ 118
5.9 PowerCopy…………....……… ..................................................................... 122
6 Zusammenbau von Bauteilen zu Baugruppen………………....……….. ..... 125
6.1 Grundlagen der Baugruppenkonstruktion……………………………… ....... 125
6.2 Wichtige Funktionen im Zusammenbau……………………………….. ....... 127
6.3 Zusammenbau der Baugruppe Spannvorrichtung……………………… ....... 128
5.3.1 Vorgehensweise………………………………………..………… ..... 128
5.3.2 Erstellen der Montagebaugruppen……………………………..... ...... 131
5.3.3 Erstellen der Unterbaugruppen………………………………….. ...... 138
5.3.4 Erstellen der Oberbaugruppe…………………………………….. ..... 143
5.3.5 Konstruktionskritik…………………………………………….... ...... 144
6.4 Änderungen an Einzelteilen in der Baugruppenumgebung……………. ....... 147
6.5 Optisch ansprechende Darstellung der Baugruppe…………………….. ....... 148
6.6 Kinematiksimulation eines Mechanismus im Assembly Design………. ........ 149
7 Zeichnungsableitungen…………………………………………….…..…… ..... 151
7.1 Grundlagen…………………………………………………..…………. ....... 151
7.2 Hauptfunktionen………………………………………………...……… ....... 153
7.3 Einzelteilzeichnungen erstellen………………………………...……… ........ 154
7.3.1 Zeichnungsblatt zuweisen……………………………....….…… ....... 155
7.3.2 Ansichten erstellen….…………………………………………… ...... 156
7.3.3 Bemaßungen hinzufügen………………………………………… ..... 160
7.3.4 Maßtoleranzen hinzufügen………………………………….…... ...... 165
7.3.5 Form- und Lagetoleranzen hinzufügen……………………..…… ...... 166
7.3.6 Zeichnungsrahmen einfügen…………………………………….. ...... 167
7.3.7 Texte und Tabellen einfügen……………………………….……. ..... 168
7.3.8 Oberflächenangaben einfügen…………………………………… ..... 169
7.3.9 Bezugslinien erstellen……………………………………….…... ...... 170
7.3.10 Schweißsymbole einfügen………………………………………. ...... 171
7.3.11 Ergänzende Funktionen der Zeichnungsaufbereitung………..… ....... 172
7.4 Baugruppenzeichnungen erstellen………………………………….….... ..... 181
7.5 DIN-Standardeinstellungen für Zeichnungen in CATIA………...……… ..... 192
8 Verwenden und Konstruieren von Normteilen………………………… ...... 193
8.1 Grundlagen……………………………………………………….……. ........ 193
8.2 Benutzen systemeigener Kataloge………………………………..……. ....... 194
8.3 Benutzen systemfremder Kataloge…………………………….……….. ...... 195
8.4 Konstruieren von Normteilen…………………….…………………….. ....... 195
9 Systematische, objektorientierte Teilekonstruktion…………………… ..... 199
9.1 Grundlagen……………………………………………………………... ....... 199
9.2 Referenzelemente……………………………………………………….. ...... 201
9.3 Gusskonstruktionen…………………………………………………….. ....... 206
9.4 Schweißkonstruktionen………………………………………………… ....... 227
9.5 Schraubenfedern………………………………………………………... ....... 234
9.6 Übergangskörper………………………………………………………... ...... 243
Inhaltsverzeichnis IX
10 Baugruppenkonstruktion………………………………………………..… ...... 271
10.1 Grundlegende Gesichtspunkte und allgemeine Empfehlungen……….. ........ 271
10.2 Konstruktion einer Abziehvorrichtung………………………………… ....... 276
10.2.1 Aufgabenstellung………………………………………………. ...... 276
10.2.2 Konstruktionssystematische Vorgehensweise…………….…… ...... 280
10.2.3 Erstellen der Anschlussbaugruppen……………………………....... 281
10.2.4 Grobgestaltung…………………………………….…………… ..... 283
10.2.5 Feingestaltung………………………………………………….. ...... 287
10.2.6 Ableiten des Zeichnungssatzes…………………………….…… ..... 289
10.3 Konstruktion von Gehäusen……………………………………………. ....... 295
10.3.1 Grundlagen…………..………………………………………… ...... 295
10.3.2 Konstruktion von Getriebegehäusen in Schalenbauweise……... ...... 298
10.4 Konstruktion eines Zahnradgetriebes mit einem Topfgehäuse………… ....... 310
10.4.1 Grundlagen………………………………………………..…… ...... 310
10.4.2 Aufgabenstellung…………………………………………..…... ...... 311
10.4.3 Erstellen des Radsatzes………………………………………… ...... 312
10.4.4 Erstellen des Gehäuses……………………………………….… ..... 314
10.4.5 Explosionsdarstellungen……………………………………..… ...... 319
10.4.6. Interaktive Gestaltung der Lagerstellen……………………….. ....... 320
10.4.7 Zeichnungsschnitt und Schwachstellenanalyse…………….….. ...... 328
10.4.8 Feingestaltung………………………………………………….. ...... 330
10.5 Analysefunktionen für Baugruppen……………………………………. ....... 331
10.5.1 Strukturanalysen……………………………………………….. ...... 331
10.5.2 Masse und Schwerpunkt einer Baugruppe…………………….. ...... 332
10.5.3 Schnittanalysen………………………………………………… ...... 333
10.5.4 Kollisionsanalysen……………………………………………... ...... 335
10.5.5 Analyse der Baugruppenbedingungen…………………………. ...... 337
10.5.6 Anmerkungen am 3D-Modell……………………… ....................... 338
10.6 Skelettmodellierung in Baugruppen……………………………………. ....... 339
11 Konstruieren von Baugruppen mit Abhängigkeiten der Teile……… ...... 345
11.1 Grundlagen……………………………………………………………... ....... 345
11.2 Einfügen mit Verknüpfungen………………………………………….. ........ 346
11.3 Konstruieren über Externe Verweise…………………………………… ....... 349
11.4 Konstruieren mit Baugruppenkomponenten…………………………… ....... 357
11.5 Auswertung der Arbeitsweisen…………………………… ........................... 363

Anwenderhinweise - Erfahrungen und Downloads…………. ................................ 364
Anhang………………………….…………………………………………. ...................... 365
Literaturverzeichnis………………………………………………….……. ................... 369
Sachwortverzeichnis
Deutsch………………………………………………..……… ........................................ 370
Englisch (ausgewählte CATIA-Funktionalitäten)……………………..……… ............... 375
Verzeichnis der Übungen

Abziehvorrichtung ................................. 276 Schalengehäuse ...................................... 298
Auflagebolzen ........................................ 80 Scheibe .................................................. 83
Aufmaß .................................................. 222 Schenkelfeder ........................................ 240
Aufnahmebolzen .................................... 81 Schraubenfeder ...................................... 236
Auszugsschräge ..................................... 221 Schweißkonstruktion ............................. 232
Baugruppenkomponenten ...................... 357 Sechskantmuttern ................................... 98
Benutzermuster ...................................... 102 Sicherungsring ....................................... 78
Betätigungshebel .................................... 93 Skelettmodellierung ............................... 342
Bolzen .................................................... 88 Spannhebel ............................................. 95
Bundbolzen ............................................ 87 Spannvorrichtung ................................... 128
Distanzplatte .......................................... 66 Sprengring ............................................. 100
Druckbolzen ........................................... 88 Topfgehäuse ........................................... 310
Druckfeder ............................................ 236 T-Stück .................................................. 91
Druckscheibe ......................................... 88 Übergangskörper .................................... 243
Druckschraube ....................................... 84 –, Behälter ............................................... 248
Einfügen Spezial (mit Verknüpfung) ..... 346 –, Kranhakenspitze ................................ 257
Einführungsbeispiel ............................... 58 –, Kranhaken .......................................... 268
Explosionsdarstellung ............................ 319 –, Luftschacht ........................................ 259
Externe Verweise .................................... 349 –, Pfeilspitze .......................................... 261
Federn .................................................... 236 –, Rohrverzweigung ............................... 258
Formeln .................................................. 118 –, Surfbrett ............................................. 265
Gewindebolzen ........................................ 87 –, Tetraeder ............................................ 260
Grundplatte ............................................ 70 Wälzlager ............................................... 196
Gusshebel .............................................. 208 Werkstück .............................................. 79
Hebel ...................................................... 77 Winkelelemente ..................................... 203
Hohlkörper ............................................. 110 Zahnradgetriebe ..................................... 311
Kinematiksimulation .............................. 149 Zeichnungen ......................................... 151
Kompass ................................................ 319 –, Aufnahmebolzen ................................ 178
Konstruktionstabelle .............................. 120 –, Einspannung (Baugruppe) ................. 182
Kugellager ............................................. 196 –, Gewindebolzen ................................. 180
Lagerbock .............................................. 213 –, Grundfunktionen, Grundplatte ........... 154
Lasche .................................................... 78 –, Kugellager ......................................... 196
Laufrad .................................................. 228 –, Lasche ................................................ 176
PowerCopy ............................................... 122 –, Laufrad (Schweißbaugruppe) .............. 229
Pratze ..................................................... 76 –, Schweißteil ........................................ 187
Profilanschluss ....................................... 105 –, Wellenlagerung .................................. 188
Referenzelemente .................................. 202 Zusammenbau ........................................ 128
Rotationsteile .......................................... 106 Zylinderschrauben ................................. 89
Schalen .................................................. 108 Zylinderstift ........................................... 87