catia v5 – grundkurs für maschinenbauer978-3-8348-2131-7/1.pdf · catia v6 weitergeftihrt. die...
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CATIA V5 – Grundkurs für Maschinenbauer
Aus dem Programm Maschinenelemente und Konstruktion
Pro/ENGINEER Wildfi re 4.0 für Einsteiger – kurz und bündigvon S. Clement und K. Kittel/ herausgegeben von S. Vajna
Pro/ENGINEER Wildfi re 5.0 für Fortgeschrittene – kurz und bündigvon S. Clement und K. Kittel/ herausgegeben von S. Vajna
CATIA V5 – kurz und bündig von S. Hartmann und A. Wünsch/ herausgegeben von S. Vajna
NX7.5 – kurz und bündigvon G. Klette und M. Nulsch/herausgegeben von S. Vajna
Pro/ENGINEER-Praktikumherausgegeben von P. Köhler
Solid Edge – kurz und bündigvon M. Schabacker/herausgegeben von S. Vajna
Lehrwerk Roloff /Matek Maschinenelemente H. Wittel, D. Muhs, D. Jannasch und J. Voßiek
Entwickeln, Konstruieren, Berechnenvon B. Fleischer und H. Th eumert
Konstruieren, Gestalten, Entwerfenvon U. Kurz, H. Hintzen und H. Laufenberg
Technisches Zeichnen von S. Labisch und C. Weber
Leichtbau-Konstruktionvon B. Klein
FEMvon B. Klein
Ronald List
CATIA V5 – Grundkurs für Maschinenbauer
Bauteil- und Baugruppenkonstruktion, Zeichnungsableitung
6., aktualisierte und erweiterte Aufl age
Mit 615 Abbildungen
Unter Mitarbeit von Michael Sternberg und Robert List
STUDIUM
ISBN 978-3-8348-1591-0 ISBN 978-3-8348-2131-7 (eBook)DOI 10.1007/978-3-8348-2131-7
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Lektorat: Th omas Zipsner, Imke ZanderEinbandentwurf: KünkelLopka GmbH, Heidelberg
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
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Ronald ListDuale Hochschule Baden-Württemberg Stuttgart, Deutschland
v
Vorwort
Das vorliegende Buch wurde von mir aus dem Bedürfnis her,l.US verfasst, Studierenden des Maschinenbaus und Praktikern den Ei nstieg in das Konstruieren mit CATIA V5 weitgehendst im Selbststudium durch eigenes Tun zu ermöglichen. Vorkenntnisse si nd nicht erforderlich. Wer aber schon über ein Basiswissen in CATIA V5 verfUgt, kann z. B. auch mit den Übungen in Kapitel 9 beginnen.
Die Erfahrung hat bewiesen, es modelliert sich leichter bei einem Grundverständnis fliT d ie Konstruktionssystematik. Im Kapitel 2 habe ich deshalb e ine Einflihrung in den Konslruklionsprozess vorangestell t und einfach anwendbare Konstruktionsprinzipien erläutert. Prinzipkonstruktionen können bereits der Ausgangspunkt der ModelIierung sein. Die dazu benötigten Darstellungssymbole wurden von mi r zusammengefasst und zur Anwendung empfohlen. In den Konstruktionsübungen wird auf die Ausftihrungen dieses Kapitels Bezug genommen. Auch in allen anderen Kapiteln habe ich versucht, den praktischen Bezug zur Maschinenbaukonstruktion herzustcllen.
Eine kurze Einftihrung in CAT IA V5 enthält Kapitel 3. Der Umgang mit Datcien in CATIA V5 wi rd im Kapitel 4 beschrieben.
Grundlagen der Bauteilkonstruktion werden in Kapitel 5 vermittelt, die in Kapitel 8 fii r Nonnteile und in Kapitel 9 Hir Guss- und Schwcißteiie sowie Schraubenfedern ausgebaut werden.
Kapitel 6 beschäftigt sich mit dem Zusammenbau der in Kapitel 5 modelliertcn Bautei le z u einer Baugruppe. In Kapitel 10 werdcn Methoden der Baugruppenkonstruktion an k omplexen Beispielen aus dem Vorrichtungsbau, dcr Antriehsteehnik und dem Apparatebau vermittelt.
Der Zeichnungsableitung aus den Modellen und der ausmhrlich beschriebenen normgerechten Zeichnungsaufbereitung ist Kapitel 7 gewidmet. Die Bedeutung der Zciclmungsschnitte fiir Baugruppen wird auch an den Beispielen in Kapitel 10 veranschaulicht.
Einen Einstieg in das Konstruieren von Baugruppcn mit Abhängigkeiten der Bauteile enthält Kapitei ll.
Den Anal}§efunktionen ftir Bauteile und Baugruppen habe ich gesonderte Kapitel zugeordnet.
Das Einarbeiten in CATIA V5 erfolgt im Wesentlichen an sorgHiltig ausgewähltcn Übungsbeispielen. Die ModelIierung der Bauteile und Baugruppcn wi rd ausführlich beschrieben und ist mit vielen didaktischen Hinweisen versehen. Alle wichtigen Zwischenstufcn der ModelIierung sind in Bildern festgehalten. Die Bil der werden in Grautönen gedruckt. Die Abbildungen der Modelle sowie der CA TlA-Skizzen wurden von mir so aufberei tet, dass im Vergleich zur farblichen Darstellung keine Infonnationsverluste entstehen. Die Unterlagen sind weitgehend erprobt.
Erfahrungswerte zur Zcitdauer der Übungen wurdcn unter Amvenderhinweise am Schluss des Buches angeftigt.
Im Zuge der Weiterentwicklung von CATIA V5 bleibt es nicht aus, dass einige Funktionen umgruppiert, neue Funktionen hinzugeftigt und Fenster neugestaltet werden. Trotz großer Sorgfalt können infolgedessen bei der hohen Detaillierung der ModelIierungsbeschreibungen Unstimmigkeiten nicht ausgeschlossen werden. In jedem Fall ist stets die Funktionalität der älteren Version in der neuen enthalten. Dadurch bleiben auch die CAD-spezifischcn Aussagen in diesem Buch über einen längeren Zeitraum aktuell .
VI
Mei n D ank gill allen Fachkollegen ftir ihre Hilfe und kritischen Hinweise, besonders aber Herrn Stein, dessen System· und Modcllicrungscrfahrungcn aus der Zusammenarbeit bis zur Version 5.9 in viele der Übungen mit eingefl ossen sind, Hern) Professor Vogel, der mich bei der Auswahl von maschinenbautypischen Beispielen unterstützt haI, Herrn Zipsncr vom Vicweg Verlag fti r d ie freundliche und sachkundige Zusammenarbeit sowie Hir die gewissenhafte Lckloricrung, dem Verlag rur die Möglichkeit, die Inhalte zu veröffentlichen und HiT die gute Ausstattung des Buches. Das Kapitel 7 (Zeichnungsableitungen) wurde unter Mit wirkung von Prof. Dr. Stembcrg g estal tet.
Mein besonderer D ank gilt auch allen Studierenden, die Fehler und Unverständliches aus den Übungsanleitungen herausge filtert und mit Rat und Tat zur Gestaltung der Übungen beigetragen haben.
Stuttgart, im April 2006
Z ur 5. und 6. Auflage
Für die a us Fachkrei sen zahlreich zugegangenen zustimmenden Buchbewertungen möchte ich mich herzlich bedanken. Die Zusti mmung zum Buch hat mich erfreut. Viele Anregungen habe ich wieder berücksichtigen können, ohne den Charakter des Buches als CAD-Übungsbuch mit integriertem k onstruktionsmethodischen Vorgehen zu verändern.
In der 5. Auflage wurdcn inhaltliche Verbesserungen und Erweiterungen vorgenommen. In die Kapitel 4, 5 und 9 wurden n eue Funktionalitäten u. a. beim Drucken, Fliegen und Gehen, Messen, Beleuchten, Verrunden, Bestimmen von Wandstärken, Ermittel n des Schwerpunktes und der Gesamtmasse von Baugruppcn und im Kapitel 7 beim ErLcugcn von gesclmittenen isometrischen Ansichten mit jeweiligen B eispielen eingearbeitet.
Die Funktionalität d er Bauteil- und Baugruppenmodell icrung sowie der Zeichnungsableitung hat inzwischen ei ne große Stabi lität erreicht und wird auch weitgehend in gleicher W eise in CATIA V6 weitergeftihrt . Die vorliegende 6. Aufl age wurde auf die Version 5.20 aktuali siert. Neben der Aktuali sierung und didaktischen Verbesserungen wurde die Bauteilkonstruktion um das Arbeiten mit Benutzermustern erweitert, d ie Volumenmodellicrung mit MehrfachschnitteIl und frei gekrümmten Führungselementen ausgebaut und im Zeichnungsbereich die Aufbe reitung von Schnitten ergänzt.
Zum Beschleunigen von Übungen stehen wieder ausgewählte CA D-Modclle zum Download unter der Internetadresse www.:oo pr ingcr-vicwcg.dcfPrivatklill dcn/O nli ncPLUS zur Verfligung. Auch hier wurden Ergänzungen vorgenommen ( siehe dazu unter Allwellderhinweise auf Seite 355). Die Model le sind so gewählt, dass sie das didaktische Konzept, sich durch eigenes Üben Grundkenntnisse in CATJA V5 anzueignen, nicht genihrden. Bereitgestell t werden Dateien ftir die Baugruppcn Spann- und Abziehvorrichtung, Bauteilanalyse, Einspannung, Wellenlagerung, Topfgetriebc sowie Teiledateien wie Federn und Lagerboek. Insbesondere dürfte das Bereitstellen von Einzeltei len fti r das Topfgetriebe diese komplexe Übung fti r den Anwender attraktiv machen.
Stullgart, im Februar 201 2 ROIHlld List
Wenn Sie mir eine Nachricht zum Buch übermilleIn wollen, können Sie das unter der Adresse
[email protected] geme tun.
VII
Inhaltsverzeichnis
1 Zielsetzung ......... .. ...... ....... ... .. ...... ........ ............................................. .................... .
2 Konstruktionssystematische G rundlagen ..... .. .. .. .. .... .. .. ... ... ........... 3
2. 1 Der Konstruktionsprozess im Überblick ....................... .... ....... ...... 3 2.2 Aufgabenphase ......................................... .. .. .. .. .. ...... .. .. .. ........... 5 2.3 Konzcptphase ........................................ ... ... .. .. .. .. .......... ... ... ... .. .. .. .. 8 2.4 Geslaltungsphasc ... .. ....... .. .. .. .. .. .. .. ... .. .... .. .......... ... .. ....... ... ................. 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 CA "I.A VS ................................................................................... 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 Dauennenüs ................................... .............. 37 3.3.6 Online-Hilfe ......... .............................................................................. 38 3.3.7 Voreinstell ungen .............................. ... .. .. ... ..... 39
4 Umgang mit Dateien in CATlA VS ............... .. ... ........ ... 41
5
4.1 Allgemeines .......................................................... ....... . 4.2 Dateifunktionen ............................................... ... ..... ... .
Bauteil.konstruktion .................................................... .. ..... ... .
41 43
49
5. 1 Grundlagen ......................................... .... .... ..... ................ ... .... ....... 49 5.2 SkizzenersteUung .................................................................................... 49 5.3 Teilccrstellung ......................................... .. .... .... .. .. . 54 5.4 Verwcndete Symbolik und EinfUhrungsbcispi el .. .. . .. .. .. .. .. .. ...... .. ... 58
5.4 .1 Symbol ik .................................................... .. .. .. .. .... ... 58 5.4 .2 EinfUhrullgsbeispicl ......................... .. ..... ... . .... .... .... ... 58
5.5 Teilekonstruktiollcn ................................. ....... .. ...... .... .... ..... .. 64 5.5.1 Systcmati sicrung und Auswahl der Beispiele .... .... ... .. .. ... 64 5.5 .2 Prismatische und scheibenr6nnige Teile ............ ... .. .. .... ... 65 5.5.3 Rotutionssymmetrische Teile ......................... .... .............. 80 5.5.4 Mittels boolcschcr Operationen erzeugte Teile .. ....... 90 5.5.5 Mittels einer Führungskurve erzeugte Teile ....... ... 100 5.5.6 Aus 1 D -Geometric erzeugte Körper und Teile .. .. .. 104 5.5.7 Übcrgangstcile und Schalen .................................. 107
5.6 Materialzuweisung und Analysefunktionen fU r Bauteile ... .............. 119 5.6. 1 Material zuordnen und darstell en ................. 11 9 5.6.2 Bauteilgoometrie ausmessen .................... 120 5.6.3 Fliegen und Gehen durch ein Objekt ............ 122
VIII
6
7
8
9
Inhaltsverzeichnis
5.7 5.8 5.9
5.6.4 Trägheitseigenschaftcn ermitteln ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... ... .. .. .. .. ... .. .. .. .. .. .. .. . . 5.6.5 Gewinde, Auszugsschrägen Kriimmungen, Wandstärken analysieren 5.6.6 Skizzenanalyscn ...................... .. .. .... ..... .... .... ........ ... ... ... .. .. ... .. .. .. .. .. .. . . Neuordnen des Strukturbaumes für Bauteile ... ........ .... .... .... .. ... .. .. ....... .. ... .... . Formeln und Tabellen in Bauteilkonstruktionen PowerCopy ................... ... .. .. .. ...... .. .. .............. .. .
Zusammenbau von Bauteilen zu Baugruppen .
6. 1 Grundlagen der Baugruppenkonstruktion ... .. .. . . 6.2 Wichtige Funktionen im Zusammenbau ... .. .. .. . . 6.3 Zusammenbau der Baugruppe Spann vorrichtung .
5.3.1 Vorgehensweisc ...................... ....... .. .. ... .. . 5.3.2 Erstellen der Montagebaugruppen ..................................................... . 5.3.3 Erstel len der Unterbaugruppen ............ .................................... . 5.3.4 Erstel len der Oberbaugruppe .. .. .. .. ..................................................... . 5.3.5 Konstruktionskritik ... .. .... .. .. .. .. ... .... .. .................................................. .
6.4 Änderungen an Einzelteilen in der Baugruppenumgebung ........................... . 6.5 Optisch ansprechende Darstellung der Baugruppe ........... .. .... ...................... .. 6.6 Kinematiksimulation eines Mechanismus im Assembly Design
Zeichnungsableitungen ......... . .............. .
7.1 Grundlagen ............................ ...... . .. .......... . 7.2 Hauptfunktionen ........................ . .. .. .............. . 7.3 Einzeltci lzeichllungen ersteHen ... .. ... .. ... . .. ................ .
7.3. 1 Zeichnungsblatt zuweisen ... .. .. .............. . .................. . 7. 3.2 Ansichten erstellen .. .. .. .. .... . ................................. . 7.3.3 Bemaßungen hinzufLigen ... .. .. .. .. . ......................... . 7.3.4 Maßtoleranzen hinzufLigen .. .. .. .. . ......................... . 7.3.5 Form- und Lagetoleranzen hinzufLigen .......................... . 7.3.6 Zeichnungsrahmen einfLigen . . ..................... . 7.3.7 Texte und Tabel1en cinfLigen .............. . ..................... . 7.3.8 Oberflächenangaben dnftigen .... .... .. .. . ..................... . 7.3.9 Bezugslinien erstel1en ............................. . .............. . 7.3. 10 Schweißsymbole einfügen ... .. ..... .... .... .. .. . ..................... . 7.3. 11 Ergänzende Funktionen der Zeichnungsaufbereitung ....................... .
7.4 Baugruppenzeichnullgen erstellen .. ... .. ... .... .... .. ... ......................................... . 7.5 D1N-Standardeinstellullgen fLir Zeichnungen in CATIA .............................. .
Verwenden und Konstruieren von Normteilen .
8. 1 Grundlage ...... .......... ... .. .. .... ... .. ...... ... .... .. ... ....... . 8.2 Benutzen systemeigener Kataloge . ................... . 8.3 Benutzen systemfremder Kataloge .................... . 8.4 Konstruieren von Normteilen ........................... .
Systematische, objektorientierte TeilekoDstruktion .
9.1 Grundlagen .................................................. . 9.2 Referenzelemente ...................................................... .. ......... . 9.3 Gusskonstruktionen ........................................................ ...... . 9.4 Schweißkonstruktionen ......................................................... . 9.5 Schraubenfedern ................................................................... .
123 124 124 125 126 130
133
133 135 136 136 139 146 151 152 155 156 157
159
159 161 163 163 164 168 173 174 175 176 177 178 179 180 189 200
201
201 202 203 203
207
207 209 214 235 242
Inhaltsverzeichnis
10 Baugruppenkonstruktion ................................... .... .... .. ... .... ......... .. ................... .
10. 1 Grundlegende Gesichtspunkte und allgemeine Empfehlungen 10.2 Konstruktion einer Abziehvorrichtung ................... .. .. .. .. .. .. .. .. .............. .. .. .. .. . .
10.2.1 Aufgabcnstel lung .... ........ .. ..... ........ .. ...... .. .. .. .. .. .. ... .... .... .... ... ... ... .. .. .. . . 10.2.2 Konstruktiollssystemati sche VorgeheIlsweise ...... .. ...... .................... . . 10.2.3 Erstellen der Anschlussbaugruppen .................................................. . 10.2.4 Grobgestaltung ........................ ........ .... .... ... . ...... ...................... . 10.2.5 Feingestaltung ... ... ... .. ... .. .. ... .. . . 10.2.6 Ableiten des Zeiehnungssatzcs .. .... .. .. .. .. .. .. . .
10.3 Konstruktion von Gehäusen ... .. ... ... ... ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. . . 10.3. 1 Grundlagen ............................................................. . 10.3.2 Grundfunktionen flir die Gehäusegestaltung .............. . 10.3.3 Konstruktion von Getriebegehäusen in Schalenbauweise ....... .......... .
10.4 Konstruktion ei nes Zahnradgetriebes mit ei nem Topfgehäuse ...................... . 10.4.1 Grundlagen ....................................................................................... . 10.4.2 AufgabensteIlung .. ......................................... ................ .. . 10.4.3 Erstel1 en des Radsatzes ..................................................... . 10.4.4 Erstellen des Gehäuses ...................................... ..... .... .... .. . 10.4.5 Explosionsdarstel lungen .................................. .... .... ........ .. . 10.4.6 Interaktive Gestaltung der Lagerslc\len .......... .... ... .. .. . 10.4.7 Zcichnungsschrutt und Schwaehstellenanalyse ... .. .... . 10.4.8 Feingestaltung ..................................................... .... ... .
10.5 Konstruktion eines Sicherheitsventils ................................... ... . 10.5.1 Ziele und AufgabensteIlung .................................... ... . 10.5.2 Gestalten des Venti lgehäuscs .. 10.5.3 Gestalten der Ventileinbauten .
10.6 A nalysefunktionen für Baugruppcn ..... . 10.6. 1 Strukturanalysen ..................... . 10.6.2 Masse und Schwerpunkt einer Baugruppe .. 10.6.3 Schnittanalysen .. .... ... ... .. .. ... .. .. .. .. ... .... . 10.6.4 Kollisionsanalysen . .... .. .. .. .. .. ... .. .. ....... ... .. .. . . 10.6.5 Analyse der Baugruppenbedi ngungen ... .. ... . 10.6.6 Anmerkungen am 3D-Modell ...... .. ...... .... .... .. .
10.7 Skelettmodeliierung in Baugruppen .. .. ...... .... .... .... ...... .
11 Konstruieren von Baugruppen mil Abhängigkeiten der Teile ... .
11 . 1 Grundlagen .. ... .... ... .. ...... .. ...... .. ...... .. .......................... .... .... .... .... ... ... . 11 .2 Einfligen mit Verknüpfungen ........................................ .... .. . 11 .3 Konstruieren über Externe Venveise ........................... . 11 .4 Konstruieren mit Ballgrllppenkomponenten ................ . 11 .5 Auswertung der Arbei tsweisen .................................... .
Anwenderhinweise - Erfahrungen und Downloads
Anhang .......... .. .... ..... .. .... ...................................................................... .... .... .... .. .
Literaturverzeichnis ....... ............................................................... .... .. .
Sach\vortverzeichnis ......................................................................... ... .
IX
251 25 1 256 256 260 26 1 263 267 269 275 275 279 281 292 292 293 294 296 301 302 310 312 313 313 314 319 32 1 32 1 322 323 325 327 328 329
335
335 336 339 347 353
354
355
359
360
x
Verzeichnis der Übungen
Abzichvorrichtung ............................ .
Auflagcbolzcn ............. .
Aufmaß .............. .
Aufnahmebolzen .. ....... ..... .. .
Auszugsschriigc ................................ .
ßaugruppenkomponcntcn ................. .
Behälter ........................ ... .. ..... ...... .... .
Benutzermuster .................... ........ ... . .
ßctätigungshcbcl ............................... .
256
80
230
81
229
347
107
102
93
Bolzen ................................. ............... 88
Bundbolzen ................ ... 87
Distanzplatte 66
Druckbolzen . 88
Druckfeder ....................................... .
Druckscheibe .
244
88
Druckschraube 84
Einmgen mit Vcrknüpfung 336
Ei nftlhrungsbcispicl .......... 58
Explosionsdarslellung ........................ 301
Externe Verweise ............................... 339
Federn .. ... .. .. .. ... ... .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ... ... ..... 244
Fonnein .............................................. 126
Gewindebolzen ......... ... .... ........ .... ... .
Grundplatte ... .. ..... .... ........ ... .... ..... .. . .
Gusshebel .......................................... .
Hebel ........................ ......................... .
87
70
216
77
Kinemati ksimulation ..... ........ .... ... .. .. .. 157
Kompass .......................................... .. 30 I
Konstruktiollstabelle .......................... 128
Kugellager ....... ............ .... .. .. .... .... ... ... 204
Lagerbock ........ ... .. .. ...... ... ............. .. ... 22 1
Lasche ................................................ 78
Laufrad ........................................ ....... 236
PowerCopy ... .. ....... ...... .... ... ............... 130
Pratze ... .. .. .. . 76
Profilanschluss . 104
Referenzelemente .... 210
Rotatiollsteilc ............ .......................... 106
Schalenelement ................................... 279
Sehalengehäuse ................................ ..
Scheibe ....... ..
Schenkel fede r
Schraubenfeder ................................. ..
28 1
83
248
242
Schweißkonstruktion ................ ... 236
Sechskantmuttem . 98
Sicherheitsventi l ... 313
Sicherungsring ...... .... ... .............. 78
Skelettmodeliierung ............................ 332
Spannhebel ... .. .. ..................... .. .... .. ..... 95
Spannvorrichtung ..... .......................... 136
Sprengring ...... .. .. .. .. .. ..... .. .. .... .. .. ... .... .. 100
Topfgehäuse ....................................... 302
T-Stück ............................................... 91
Ventil ..................... ... ... 313
Wälzlager .................... .
Werkstück .................................. ..
Winkelelemente
Zahnradgetriebe
Zeichnung Aufnahmebolzen ............. ..
-, Einspannung .......... ..
- , Gewindebolzen .. .. .. ..
204
79
21 1
292
186
190
188
-, Grundplatte ..................................... 166
-, Lasche .................. 184
- , Schweißteil .. ...... .
- , Wellenlagerung ............................ ..
195
196
Zusammenbau ........... .... ......... ............. 133
Zylinderschrauben .. .. .. .... .. ............ .... .. 89
Zylinderslift ........................................ 87