Pro/Engineer-Praktikum

229 Pages·7.347 MB·German

by  Köhler P. (Hrsg.)

Peter Köhler (Hrsg.)
Pro/ENGINEER-Praktikum
Aus dem Programm
Konstruktion
AutoCAD Zeichenkurs
von H.-G. Harnisch
Leichtbau-Konstruktion
von B. Klein
CATIA V5-Praktikum
herausgegeben von P. Köhler
CATIA V5-Grundkurs für Maschinenbauer
von R. List
Konstruieren, Gestalten, Entwerfen
von U. Kurz, H. Hintzen und H. Laufenberg
Technisches Zeichnen
von S. Labisch und C. Weber
CATIA V5 - kurz und bündig
von R. Ledderbogen
UNIGRAPHICS-Praktikum mit NX3
von W. Wagner und G. Engelken
vieweg
Bibliografische Information Der Deutschen Nationalbibliothek
Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der
Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über
<http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
1.Auflage 1999
2., aktualisierte Auflage 2000
3., vollständig überarbeitete und ergänzte Auflage September 2003
4., aktualisierte und erweiterte Auflage Oktober 2006
Alle Rechte vorbehalten
©Friedr. Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2006
Lektorat: Thomas Zipsner
Der Vieweg Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media.
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Umschlaggestaltung:Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de
Druckund buchbinderische Verarbeitung: Wilhelm & Adam, Heusenstamm
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier.
Printed in Germany
ISBN-10 3-528-33124-0
ISBN-13 978-3-528-33124-5
V
Vorwort
Das vorliegende Buch soll die Schulung und Einarbeitung in die parametrische 3D-
Konstruktion mit dem System Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 unterstützen. Es ist die überar-
beitete und erweiterte Neuauflage des Pro/ENGINEER- Praktikum-Buches [1].
Die Gliederung der einzelnen Abschnitte zeigt, dass die Vermittlung grundlegender Arbeits-
techniken im Vordergrund steht, so dass das Buch auch unabhängig von dem verwendeten
CAD-System Leser finden kann. Ähnlichkeiten zu dem im gleichen Verlag erschienenen
CATIA-Praktikum-Buches [2] sind gewollt.
Die notwendige Einführung in das System enthält Kapitel 2. Einen Überblick zu den Aufga-
benstellungen gibt Kapitel 3. Die weiteren Abschnitte des Buches bieten eine schrittweise
Einführung in die parametrische Produktmodellierung. Begonnen wird mit den notwendigen
Skizziertechniken, die Grundlage der Bauteilmodellierung sind. Neben der Bauteil- und Bau-
gruppenkonstruktion werden auch Hinweise für Modellanalysen, Modelländerungen und
Vereinfachungen sowie für die Erzeugung von Animationen gegeben. Kapitel 7 vermittelt
Grundlagen und Arbeitsweisen zur Zeichnungserstellung aus 3D-Datenmodellen. Die Dia-
logbeschreibung ist in allen Abschnitten so aufgebaut, dass sie auch auf andere Aufgabenstel-
lungen übertragen werden kann.
Mit ergänzenden, fortgeschrittenen Arbeitstechniken werden vor allem in Kapitel 8 Möglich-
keiten aufgezeigt, um firmen- und produktspezifisches Wissen in die Konstruktion zu integ-
rieren. Dazu gehören unter anderem Hinweise für Blech- und Gusskonstruktionen sowie zur
Geometrieoptimierung.
Weitere ergänzende Beispiele werden künftig auch auf der Web-Seite des Buches
http://www.uni-due.de/cae/proe-praktikum.shtml
zur Verfügung gestellt. Auch die Leser haben hier die Möglichkeit, Aufgabenstellungen und
Lösungsvorschläge zu publizieren.
Die Autoren danken dem Verlag für die Realisierung des Buchprojektes und dem Lektorat
Technik, insbesondere Herrn Thomas Zipsner für die wertvolle Unterstützung.
Wir wünschen allen Lesern viel Erfolg bei der Aufgabenbearbeitung.
Duisburg, im August 2006 Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Math. Peter Köhler
Dipl.-Ing. Jens Bechthold
Dipl.-Ing. Stephane Danjou
Dipl.-Ing. Sascha Dungs
Dipl.-Ing. Norman Lupa
Dr.-Ing. Oliver Strohmeier
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung........................................................................................................................1
2 Einführung in die Arbeit mit Wildfire 3.0......................................................................5
2.1 Allgemeines................................................................................................................5
2.2 Benutzerschnittstelle..................................................................................................8
2.2.1 Dialogelemente.............................................................................................8
2.2.2 Interaktionen..............................................................................................10
2.2.3 Die Online-Hilfe.........................................................................................10
2.2.4 Such-Tool...................................................................................................11
2.2.5 Mapkeys.....................................................................................................12
2.3 Objektdarstellung.....................................................................................................13
2.3.1 Darstellungsoptionen..................................................................................13
2.3.2 Farbe und Farbeffekte................................................................................15
2.3.3 Vordefinierte Ansichten.............................................................................16
2.3.4 Ansichtsmanager........................................................................................17
2.3.5 Folien..........................................................................................................18
2.4 Materialeigenschaften..............................................................................................20
2.5 Abbildung der Produktstruktur.................................................................................21
2.5.1 Arbeitstechniken........................................................................................21
2.5.2 Der Modellbaum........................................................................................21
2.6 Festlegung der Symbolik zur Bearbeitung der Übungen.........................................23
3 Aufgabenstellungen........................................................................................................25
3.1 Greiferkonstruktion..................................................................................................25
3.2 Antriebskomponenten..............................................................................................26
3.3 Ergänzende Aufgaben..............................................................................................29
4 Skizzieren.........................................................................................................................31
4.1 Die Arbeitsumgebung..............................................................................................31
4.2 Skizziermethoden.....................................................................................................34
4.3 Skizzierübungen.......................................................................................................37
4.3.1 Profilskizze.................................................................................................37
4.3.2 Symmetrische Skizzen...............................................................................39
4.3.3 Rotationsskizze...........................................................................................40
5 Bauteilmodellierung........................................................................................................43
5.1 Die Arbeitsumgebung..............................................................................................43
5.2 Skizzierte Bezugselemente.......................................................................................46
VIII Inhaltsverzeichnis
5.3 Profil- und Rotationskörper......................................................................................48
5.4 Gezogene Teile.........................................................................................................53
5.4.1 Ebene Trajektionen....................................................................................53
5.4.2 Räumliche Trajektionen.............................................................................55
5.5 Verbundkörper.........................................................................................................57
5.5.1 Übergangsstücke........................................................................................57
5.5.2 Gekrümmte Verbundelemente...................................................................60
5.5.3 Gezogene Verbundelemente......................................................................63
5.6 Konstruktionsfeature................................................................................................65
5.6.1 Fasen und Rundungen................................................................................65
5.6.2 Bohrungen und Gewinde............................................................................67
5.6.3 Rippen........................................................................................................70
5.6.4 Fertigungsbedingte Anpassungen..............................................................72
5.6.5 Kopieren von Elementen............................................................................73
5.6.6 Mustererzeugung........................................................................................74
5.6.7 Kosmetische Konstruktionselemente.........................................................76
5.6.8 Querschnitte...............................................................................................77
5.7 Modellanpassungen..................................................................................................79
5.7.1 Veränderung von Maßen und Attributen...................................................79
5.7.2 Korrekturen an der Schnittgeometrie.........................................................80
5.7.3 Geometrische Beziehungen........................................................................81
5.7.4 Gruppieren und Umordnen von Elementen................................................83
5.7.5 Unterdrückung von Konstruktionselementen.............................................84
5.7.6 Definition von vereinfachten Darstellungen..............................................85
5.7.7 Veränderung der Darstellungsattribute......................................................86
5.8 Bauteilinformationen................................................................................................88
5.9 Flächenorientierte Bauteilmodellierung...................................................................90
5.9.1 Profil- und Verbundflächen........................................................................90
5.9.2 Freiformflächen..........................................................................................93
5.10 Fortgeschrittene Modellierungstechniken................................................................95
5.10.1 Variable Trajektionen.................................................................................95
5.10.2 Modellformung..........................................................................................96
5.10.3 Modellierung eines Zahnrads mit Evolventenverzahnung.........................97
5.10.4 Leitkurvensteuerung.................................................................................100
5.10.5 Graphauswertung.....................................................................................102
6 Baugruppenmodellierung............................................................................................105
6.1 Die Arbeitsumgebung............................................................................................105
6.2 Der Einbau von Komponenten...............................................................................107
6.2.1 Grundlagen...............................................................................................107
6.2.2 Einbau über Koordinatensysteme.............................................................109
6.2.3 Einbau über Bezugselemente und Achsen...............................................109
6.2.4 Einbau über Geometrieelemente..............................................................111
6.2.5 Einbaukorrektur........................................................................................113
6.3 Verwendung von Skelettmodellen.........................................................................114
IX
6.3.1 Einführung...............................................................................................114
6.3.2 Aufbau des Strukturmodells.....................................................................114
6.3.3 Anpassung der Komponenten..................................................................117
6.3.4 Strukturierter Zusammenbau....................................................................117
6.4 Baugruppeninformation.........................................................................................119
6.5 Anpassung von Komponenten...............................................................................120
6.5.1 Bauteilkorrekturen....................................................................................120
6.5.2 Baugruppenbeziehungen..........................................................................121
6.5.3 Austauschbaugruppen..............................................................................122
6.5.4 Baugruppenabhängige Teilemodellierung...............................................125
6.5.5 Formenbau................................................................................................126
6.6 Komponentendarstellung........................................................................................128
6.6.1 Veränderung von Darstellungsattributen.................................................128
6.6.2 Explosionsdarstellung..............................................................................129
6.6.3 Vereinfachte Darstellung..........................................................................131
6.6.4 Baugruppenquerschnitte...........................................................................132
6.7 Baugruppe „Getriebe“............................................................................................133
6.7.1 Entwurf einer groben Baugruppenstruktur...............................................133
6.7.2 Bearbeitung von Komponenten................................................................136
6.8 Animationen...........................................................................................................137
6.8.1 Gelenkdefinition.......................................................................................137
6.8.2 Gelenkdefinition in der Baugruppe..........................................................138
6.8.3 ProANIMATION.....................................................................................140
6.8.4 Explosionsanimation................................................................................143
7 Zeichnungsableitung aus dem 3D-Modell..................................................................145
7.1 Die Arbeitsumgebung............................................................................................145
7.2 Zeichnungsformatierung........................................................................................146
7.2.1 Zuweisung des Layouts............................................................................146
7.2.2 Zeichnungseinstellungen..........................................................................147
7.2.3 Modelleinstellungen.................................................................................148
7.2.4 Verwaltung mehrerer Zeichnungsblätter..................................................149
7.3 Erzeugung von Modellansichten............................................................................150
7.3.1 Basisansicht..............................................................................................150
7.3.2 Projektions- und Hilfsansichten...............................................................151
7.3.3 Schnittdarstellungen.................................................................................153
7.3.4 Detailansichten.........................................................................................155
7.3.5 Halbe Ansicht, Bruchansicht, Teilansicht................................................156
7.3.6 3D-Ansichten...........................................................................................157
7.3.7 Baugruppen-, Explosionsdarstellungen....................................................157
7.3.8 Ergänzende Geometrieelemente...............................................................158
7.4 Bemaßungen...........................................................................................................159
7.5 Ergänzende Angaben..............................................................................................163
7.5.1 Oberflächenangaben.................................................................................163
7.5.2 Form- und Lagetoleranzen.......................................................................167
X Inhaltsverzeichnis
7.5.3 Notizen und Tabellen...............................................................................169
7.6 Formate und Schablonen........................................................................................173
7.6.1 Erstellen von Formatvorlagen..................................................................173
7.6.2 Erstellen von Zeichnungsschablonen.......................................................174
8 Ergänzende Arbeitstechniken 177
8.1 Teilefamilien 177
8.2 Benutzerdefinierte Feature.....................................................................................179
8.3 Geometrieoptimierung............................................................................................182
8.3.1 Blechteil...................................................................................................182
8.3.2 Kurbelwelle..............................................................................................183
8.3.3 Benutzerdefinierte Analyse (BDA) an einem Krümmer..........................185
8.3.4 Graphenvergleich.....................................................................................188
8.4 Blechteilmodellierung............................................................................................192
8.4.1 Die Arbeitsumgebung..............................................................................192
8.4.2 Laschen und Blechprofile.........................................................................194
8.4.3 Biegungen................................................................................................195
8.4.4 Blechabwicklung......................................................................................196
8.4.5 Körperkonvertierung................................................................................197
8.4.6 Übergangsstücke......................................................................................198
8.4.7 Materialschnitte........................................................................................199
8.4.8 Stanzen und Drücken...............................................................................200
8.5 Modellierung von Gussbauteilen............................................................................202
8.5.1 Definition einer Gussbaugruppe...............................................................202
8.5.2 Anpassung des Skelettmodells.................................................................203
8.5.3 Ableitung der Innen- und Außenteile.......................................................206
8.5.4 Rohteildefinition.......................................................................................209
8.5.5 Gussteilbearbeitung..................................................................................209
8.6 Definition komplexer Beziehungen mit Pro/PROGRAM......................................211
8.6.1 Grundlagen...............................................................................................211
8.6.2 Programmierbeispiel................................................................................211
8.7 Layoutsteuerung.....................................................................................................215
8.8 Schnittstellen für den Datenaustausch....................................................................217
8.8.1 Speicherung grafischer Abbildungen.......................................................217
8.8.2 Export und Import von Produktmodelldaten............................................217
8.8.3 Import von Bezugselementen...................................................................218
Literaturverzeichnis...........................................................................................................221
Sachwortverzeichnis...........................................................................................................223
1
1 Einführung
Der Einsatz parametrischer 3D-CAD-Systeme ist seit Jahren Stand der Technik. Ohne diese
Systeme könnte der Forderung nach immer kürzerer Entwicklungszeit bei gleichzeitig steigen-
der Sicherheit von Produkten auch nicht Rechnung getragen werden. In den letzten Jahren
haben sich diese Systeme zu so genannten CAx-Systemen weiterentwickelt, die nicht nur den
gestaltgebenden Aspekt im Konstruktionsprozess unterstützen, sondern auch Bereiche wie die
Konzeptfindung in der frühen Phase der Produktentwicklung, die virtuelle Untersuchung und
Vorbereitung von Fertigungs- und Montagevorgängen oder die Simulation des modellierten
Produktes in Hinblick auf seine strukturellen Eigenschaften und Bewegungsabläufe. Hinzuge-
kommen sind in jüngster Zeit Module zum Knowledge Based Engineering, die ein unterstütz-
tes Konstruieren durch im System hinterlegtes Wissen ermöglichen. Abbildung 1-1 zeigt den
Einsatzbereich verschiedener virtueller Werkzeuge im Entwicklungs-, Konstruktions- bzw.
Produktionsprozess.
Produktplanung Entwicklungs-und Konstruktionsprozess
Ideenfindung Selektion dPerfoindiutikotn- Akulfägraubnegn- Kfionndzuenpgt- Entwurf Ausarbeitung
Produktionsplanung Produktion
Produktionsprozess
CAD
CAE
CAM/CIM
FEM
MKS
VR/DMU
RP
Abbildung 1-1: Einsatzbereich verschiedener virtueller Werkzeuge
Immer entscheidender für die Beurteilung eines Systems werden die Möglichkeiten zum Da-
tenaustausch mit anderen Systemen. Abbildung 1-2 zeigt stark vereinfacht den Ablauf des
rechnerunterstützten Konstruktionsprozesses und Notwendigkeiten des damit verbundenen
Informations- und Datenmanagements. Erforderlich sind anpassungsfähige Schnittstellen zum
Austausch von Produktdaten, die wiederum ein leistungsfähiges rechnerinternes Datenmodell
des CAD-Systems verlangen, in das auch technische Informationen (Toleranzen, Passungen,
Halbzeuge, Fertigungsverfahren, Werkstoffe usw.) integriert werden. Hierbei geht es nicht
mehr nur um produktbeschreibende Geometriedaten, die über IGES, STEP oder andere Soft-
wareschnittstellen ausgetauscht werden, sondern auch um die Anbindung anderer fertigungs-
vorbereitender bzw. betriebswirtschaftlicher Softwaresysteme.
2 1 Einführung
Tätigkeit Dokumentation
Anfrage, Auftrag
Klären der Aufgaben
Anforderungsliste
m e n t Erparrinbzeiipteienll ebrz wLö. sAuunsgweanhl LösunFgresikgoabnezepte, m e n t
n a g e Grobgestaltung StruFktrueirgmaboedelle n a g e
m a BCerAeDch-Mnuondgeslleer,g Leibstneisns,e m a
n s Feingestaltung, Freigabe e n
m a t i o Virtuelles Prototyping 3DS-tCücAkDli-sMteond, e..l.le, k t d a t
I n f o r ProduFketrdtiogkuunmg,e .n..tation SZteüicckhlnisutFnergnee,ig nDa,ba Beteenri-cFhiltees, P r o d u
Freigabe
Verkauf
Berichte, Protokolle
Abbildung 1-2: Grobe Ablaufstrategie einer rechnerintegrierten Konstruktion [3]
Die den heutigen Systemen zugrunde liegenden Volumenmodellierer basieren auf Datenmo-
dellen, die der rechnerinternen Abbildung und Visualisierung des Produktmodells dienen. Seit
dem Beginn der Volumenmodellierung haben sich zwei Datenstrukturen bewährt.
Die Flächenbegrenzungsmethode (Boundary-Representation/B-Rep) basiert auf der Beschrei-
bung der das Volumen begrenzenden Flächen mit Angabe der Materialrichtung. Des Weiteren
zeichnet sich diese Methode durch die explizite Speicherung der toplogischen Nachbarschafts-
beziehungen zwischen den Modellobjekten (Punkte, Kanten, Flächen, ...) aus.
Bei der CSG-Methode (Constructive Solid Geometry) wird die Geometrie durch eine Sequenz
Bool´scher Operationen auf Basis von Grundelementen (Kugel, Quader, ...) generierend er-
zeugt. Vorteil dieser Methode ist beispielsweise der Erhalt der Modellentstehungsgeschichte in
Form einer binären Baumstruktur.
Mit beiden Methoden sind weitere Vorteile, aber auch eine Reihe von Nachteilen verbunden.
Um Erstere zu kombinieren und Letztere zu beheben, basieren heute CAD-Systeme auf sog.
Hybridmodellierern. Diese bestehen i.d.R. aus einer primären CSG- und einer sekundären
B-Rep-Struktur, die sich im optimalen Fall zu einem vollständigen Modell ergänzen. Dadurch
kann mit dem so erzeugten Modell nicht nur Geometrie beschrieben werden, sondern auch
(cid:120) die Topologie (Beziehungen zwischen beteiligten Geometrieelementen),
(cid:120) die Historie (Elemente, Operationen, Unterordnungen ...),
(cid:120) Element- bzw. Dateiattribute (Name, Version, Datum ..),
(cid:120) Teilattribute (Darstellung, Material, Bemerkungen ...) und
(cid:120) Anwendungsdaten (z. B. für FEM).