Pro/ENGINEER- Praktikum, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

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Peter Köhler (Hrsg.)

Pro/ENGINEER-Praktikum

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.

1. Auflage 1999 2., aktualisierte Auflage 2000 3., vollständig überarbeitete und ergänzte Auflage 2003 4., aktualisierte und erweiterte Auflage 2006 5., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage 2010

Alle Rechte vorbehalten © Vieweg +Teubner Verlag | Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 2010

Lektorat: Thomas Zipsner | Imke Zander

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Umschlaggestaltung: KünkelLopka Medienentwicklung, Heidelberg Technische Redaktion: Stefan Kreickenbaum, Wiesbaden Druck und buchbinderische Verarbeitung: STRAUSS GMBH, Mörlenbach Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. Printed in Germany

ISBN 978-3-8348-0599-

V

Vorwort

Das vorliegende Buch soll die Schulung und Einarbeitung in die parametrische 3D- Konstruktion mit dem System Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 unterstützen. Es ist die überarbei- tete 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.

Die Einführung in das System und grundlegende Arbeitstechniken sind in den beiden ersten Kapiteln enthalten. In Kapitel 3 wurden Hinweise und Beispiele zur Generierung von Modell- referenzen zusammengefasst, auf die bei der Bearbeitung der Übungsaufgaben zurückgegriffen werden kann. 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 Baugruppenkonstruktion 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 Dialogbeschreibung ist in allen Ab- schnitten so aufgebaut, dass sie auch auf andere Aufgabenstellungen 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 integrie- ren und Produkte zu optimieren. Darin enthalten sind Beispiele zur Einbindung von FEM- Analysen sowie von externen Berechnungsprogrammen.

Weitere ergänzende Beispiele und Hinweise zu den Aufgabenstellungen werden 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.

Ich danke den Mitarbeitern des Lehrstuhles „Rechnereinsatz in der Konstruktion“ der Univer- sität Duisburg-Essen für die engagierte und kreative Mitarbeit bei der Erarbeitung des Ma- nuskriptes und den studentischen Mitarbeitern für die kritische Durchsicht der Übungsbeispie- le. Dank gilt auch dem Verlag, insbesondere Herrn Thomas Zipsner und Frau Imke Zander für die wertvolle Unterstützung sowie den Herren Jens Bechthold, Sascha Dungs und Norman Lupa für die wertvollen Anregungen bei der Neugestaltung des Buches.

Ich wünsche allen Lesern viel Erfolg bei der Bearbeitung der Aufgabenstellungen.

Duisburg, im Februar 2010 Peter Köhler

1 Einführung

Der erfolgreiche Einsatz von Methoden der virtuellen Produktentwicklung hängt nicht nur von den Leistungsmerkmalen der verwendeten Softwaresysteme ab. Entscheidend bleibt die Sach- kompetenz und Kreativität der Bearbeiter, die eben durch diese Werkzeuge mehr oder weniger gut unterstützt werden. Parametrische 3D-CAx-Systeme eröffnen vor allem dann neue Möglichkeiten für die Produkt- entwicklung und Vermarktung, wenn auch im Konstruktionsmanagement den veränderten Ar- beitsweisen entsprochen wird. Erfolge einer kooperativen rechnerintegrierten Produktentwick- lung werden dort sichtbar, wo auch Konstruktionssystematik und Methodik als fester Bestand- teil des Arbeitsprozesses anerkannt sind. [2] Dazu gehört ein konstruktionsphasenbezogenes Vorgehen (erst Grobgestaltung, dann Feingestaltung) und das Aufstellen von Konstruktions- richtlinien für die Arbeit mit CAD-Systemen (Voreinstellungen, Bezeichnungsregeln ...).

Vor der Konstruktion mit parametrischen CAD-Systemen sollte untersucht werden, inwieweit auch die Produktlogik der Erzeugnisse abgebildet werden kann, um so eine optimale Verwen- dung der rechnerinternen Produktdaten zu sichern. Es gilt, die vielfältigen Beziehungen zwi- schen Einzelteilen, Baugruppen, Baureihen und kundenorientierten Varianten zu erfassen und sinnvoll im Datenmodell abzubilden. Vorhandene Auswahl- bzw. Baureihen sind unter Um- ständen zu überarbeiten, wenn Ähnlichkeitsprinzipien bisher nicht konsequent genug umge- setzt wurden.

Sollen von bereits vorliegenden Konstruktionen 3D-CAD-Modelle erzeugt werden, ist häufig eine komplette Überarbeitung notwendig. Eine 1:1-Übertragung wird in der Regel nicht gelin- gen, da neben objektiv notwendigen Änderungen auch subjektive Entscheidungen in den alten Konstruktionen zu kompensieren sind.

Vor der Modellbildung muss geklärt werden, welche Parameter maßgebend sind (z. B. für die Erfüllung der Funktion, für den Bauraum bzw. die Halbzeugabmessungen) und somit die Grobgestalt beschreiben. Fasen, Zentrierbohrungen u. a. sind dagegen der Feingestaltung zu- zuordnen. Anhand der vom CAD-System zur Verfügung gestellten Werkzeuge muss dann entschieden werden, ob und wenn ja, in welcher Form (Grob- oder Feingestalt) eine voll- oder teilautomatisierte Variantenkonstruktion komplexerer Einzelteile oder Baugruppen realisiert werden kann.

Abbildung 1-1 zeigt einige der Konstruktionsbeispiele, die in den folgenden Abschnitten bei- spielhaft mit Hilfe des Systems Pro/ENGINEER bearbeitet werden. Nicht in jedem Fall wer- den jedoch alle Modellierungsschritte und Bemaßungswerte vorgegeben, so dass genügend Spielraum bleiben wird, Arbeitstechniken der parametrischen Produktmodellierung selbststän- dig anzuwenden. Die Baugruppen dienen vor allem dazu, Möglichkeiten zur Abbildung mo- dellübergreifende Zusammenhänge aufzuzeigen. Am Beispiel des Ventilkörpers und anderer Bauteile wird vor allem das schrittweise Vorgehen bei der Grob- und Feingestaltung erläutert. Darüber hinaus werden viele andere Aufgabenstellungen genutzt, um besondere Leistungs- merkmale des Systems zu verdeutlichen.

2 1 Einführung

Abbildung 1-1: Baugruppen des Praktikums

Ziel der nachfolgend beschriebenen Symbolik ist es, eine Entkopplung der Benutzerdialog- beschreibung von speziellen Systemkonfigurationen zu unterstützen sowie dem fortschreiten- den Erkenntnisstand des Lesers im Verlauf des Praktikums zu entsprechen.

Der nebenstehende Pfeil am Seitenrand zeigt, dass ein neuer Übungsschwerpunkt begonnen wird.

Zur Dialogbeschreibung werden im Wesentlichen Symbole, Pfeile und Textfelder benutzt:

Ÿ Rotation Auswahl einer Befehlsoption bzw. Hinweis auf einen zu erledigenden Arbeitsschritt Datei Auswahl einer Menüleisten-Option bzw. Reiter im Menüfenster ž TITEL Auswahl aus einem zusätzlich geöffneten Menüfenster

Einfach rechts unten schattierte Rahmen geben gruppiert den ausführlichen Benutzerdialog wieder.

Ist der Rahmen links oben schattiert, gibt das Textfeld den Benutzerdialog nur noch stark verkürzt wieder, da die Abfolge bereits an anderen Stellen ausführlicher erläutert wurde.

Erforderliche Tastatur-Eingaben, wie Namen, Maße etc., werden durch fette kursive Schrift verdeutlicht. Eingabeaufforderungen werden unterstrichen. Einzelne Befehlsreihenfolgen sind durch Verwendung von Pfeilen im entsprechenden Block festgelegt.

Auswahlaktionen werden als Funktion in folgender Form dargestellt: Auswahl (). In der Klam- mer steht das auszuwählende Element. Das gilt sowohl für Dateien, als auch für Konstruktionselemente und andere Modellkomponenten.

Die oben dargestellten umrahmten Textfelder, die Befehle nach methodischen und didakti- schen Gesichtspunkten bündeln, werden vor allem am Anfang dieses Praktikums verwendet. Sie werden später mehr und mehr durch kursive Textzeilen ersetzt.

Skizze (xy-Ebene)

Ÿ Auswahl (xy-Ebene) Ÿ

4 2 Einführung in die Arbeit mit Wildfire 5.

Das System verwendet bei der Speicherung unterschiedliche Dateiendungen, zum Beispiel *.prt für Bauteile oder *.asm für Baugruppen. Dabei erhalten Arbeitsdateien (Bauteile, Bau- gruppen, Zeichnungen etc.) einen zusätzlichen Index n. Bei jedem Speichervorgang wird der Index um eins erhöht und damit eine neue Version der Datei erzeugt. Somit lassen sich belie- bige Konstruktionszwischenstände aufrufen.

Das Löschen alter Konstruktionsstände erfolgt über Datei Ÿ Löschen Ÿ Alte Versionen.

Die komplette Löschung der Arbeitsdatei wird alternativ über die Option Alle Versionen ver- anlasst. Alternativ können alle Konstruktionsstände im Datei-Browser gelöscht werden. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Arbeitsdateien aus dem Arbeitsspeicher zu entfernen.

Dabei wird zwischen der aktiven ( Datei Ÿ Wegnehmen Ÿ Aktuell) und den nicht an-

gezeigten Dateien ( Datei Ÿ Wegnehmen Ÿ Nicht angezeigte ) unterschieden.

Allgemeine Voreinstellungen können unter dem Menüpunkt Tools verändert werden. Hier- über lassen sich u. a. Mapkeys und spezielle Konfigurationsdateien ( Optionen ) definieren. Ebenso können Darstellungsattribute und Aktionen ( Umgebung ) sowie die Benutzeroberfläche ( Bildschirm anpassen ) beeinflusst werden.

Die Voreinstellungen der Standardinstallation sind in der Konfigurationsdatei config.pro

enthalten. Sie kann über Tools Ÿ Optionen aufgerufen und angepasst werden. Hier ist in-

sbesondere darauf zu achten, dass das Einheitensystem (Option „pro_unit_sys“) den üblichen SI-Einheiten entspricht, was jedoch bereits bei der Installation eingestellt werden kann.

Über Datei Ÿ Eigenschaften können bestimmte Modelleigenschaften angezeigt und verän-

dert werden. Dazu gehören auch das Einheitensystem sowie Materialeigenschaften und Tole- ranzklassen.

Abbildung 2-2: Hauptfenster

Informationsbereich

Modellregenerierungsstatus

2.2 Benutzerschnittstelle 5

2.2 Benutzerschnittstelle

2.2.1 Dialogelemente

Der Benutzerdialog wird über das Hauptfenster (Abbildung 2-2) gesteuert, dessen Inhalte sich in Abhängigkeit von der gewählten Option anpassen. Über die obere Menüleiste des Haupt- fensters und die dahinter verborgenen Untermenüs können alle Funktionen der jeweils aktiven Arbeitsumgebung ausgewählt werden. Die oben und seitlich verfügbaren Symbolleisten sind „Werkzeugkästen“, die eine spezielle Auswahl der auch über die Hauptmenüleiste erreichba- ren Optionen enthalten. Die Symbole können über das Kontextmenü ein- oder ausgeblendet werden. Unter den oberen Symbolleisten befindet sich ein Informationsbereich, in dem alle Mitteilungen angezeigt werden, die sich unmittelbar auf die im betreffenden Fenster durchge- führten Operationen beziehen. Hier ist auch das Ampelsymbol enthalten, dass den Regenerie- rungsstatus verdeutlicht und möglichst auf „grün“ stehen sollte.

Im Grafikfenster werden die Objekte dargestellt und bearbeitet. Für jede geöffnete Datei gibt es ein entsprechendes Fenster. Das aktive Fenster befindet sich jeweils im Vordergrund oder

kann über Fenster oder den Button festgelegt werden.

Der Navigationsbereich befindet sich auf der linken Seite des Hauptfensters. Dieser Bereich enthält verschiedene Registerkarten (Modellbaum, Ordner-Browser, …).

In Abbildung 2-2 ist der Modellbaum im Vordergrund. Hier wird die Modellstruktur in einem hierarchischen Format angezeigt. Der Informationsgehalt kann über verschiedenen Optionen beeinflusst werden. Zu jedem aufgelisteten Konstruktionselement (KE) kann darüber hinaus ein Kontextmenü (rechte Maustaste) aufgerufen werden, welches objektbezogene Änderungs- möglichkeiten anbietet (Umbenennen, Umdefinieren, Löschen, …).

Die Sichtbarkeit des gesamten Navigationsbereiches kann, ebenso wie die des daneben liegen Web-Browsers, über „Griffe“ am Fensterrand gesteuert werden.

Bei Unklarheiten zur Handhabung der Dialogelemente sind die Hilfe-Optionen zu nutzen. Neben den kurzen Hilfstexten, die passend zur aktuellen Mausposition in der Statusleiste angezeigt werden, erscheint bei längerem Verweilen der Maus eine Kurzhilfe. Um spezielle Informationen zu bestimmten Themen zu erhalten, können unterschiedliche Hilfestellungen des Systems genutzt werden. Alle hierbei möglichen Optionen können über die Menüleiste ( Hilfe ) abgerufen werden.

Vor allem bei großen Bauteilen und Baugruppen ist das Auffinden bestimmter Objekte mit Hilfe der Selektion im Grafikfenster nicht immer einfach. Häufig wird es sinnvoll sein, über die rechte Maustaste im Grafikbereich die Auswahloption „Aus Liste wählen“ zu verwenden. Das ebenfalls verfügbare Such-Tool bietet die Möglichkeit, Objekte nach be- stimmten Regeln auffinden zu können. Die einmal erzeugten Abfragen können gespeichert und die damit aufgefundenen Objekte automatisch auf eine Folie gelegt werden, um so einen schnellen Zugriff zu erhalten.

2.3 Objektdarstellung 7

2.3 Objektdarstellung

2.3.1 Darstellungsoptionen

Grundeinstellungen zur bildlichen Darstellung von Objekten, zu Objekt- und Hintergrund- farben, zu Linienarten u. a. können über

Ansicht Ÿ Darstellungseinstellungen Ÿ ...

den Erfordernissen angepasst werden. Bei der Arbeit mit modernen 3D-CAD-Systemen gibt es vielfältige Möglichkeiten, die Schnel- ligkeit des Bildaufbaus und die Bildqualität zu beeinflussen (Tabelle 2-2).

Tabelle 2-2: Ausgewählte Darstellungsoptionen

Symbol Bemerkung Symbol Bemerkung

Bildaufbau Objekt auf Bildschirm einpassen

Drehzentrum ein-/ausblenden Ansicht neu orientieren

Ansichtsmodus Ein/Aus Gespeicherte Ansichten

Ausschnitt vergrößern Layer-Ansicht

Schrittweise verkleinern Ansichtsmanager

Drahtmodelldarstellung Verdeckte Kanten

Sichtbare Kanten Schattierte Darstellung

Ebenen ein-/ausblenden Achsen ein-/ausblenden

Punkte ein-/ausblenden Koordinatensysteme ein-/ausblenden

Farbeffekte-Galerie Erhöhter Realismus

Anmerkungen ein-/ausblenden

8 2 Einführung in die Arbeit mit Wildfire 5.

Funktionalitäten zum Ein- und Ausblenden von Bezugselementen (Bezugsebenen, Achsen, usw.), einzelnen Konstruktionselementen oder auch Bauteilen in Baugruppen erleichtern die Modellbearbeitung. Der Bearbeiter eines Modells sollte sich nur so viele grafische Informatio- nen wie nötig anzeigen lassen, um sich auf das Wesentliche konzentrieren zu können. Auch für Präsentationszwecke, bei denen die Produktgestalt wesentlich ist, kommen diese Filterfunktio- nen zum Einsatz. Gebräuchliche Ansichten (Isometrie, Vorderansicht, Seitenansicht, Draufsicht ...) sind bereits vordefiniert. Über den Orientierungsdialog lassen sich weitere Ansichten be- nutzerdefiniert hinzufügen.

2.3.2 Farbe und Farbeffekte

Über den Button Farbeffekte-Galerie können die Farbeigenschaften eines Modells, eines Konstruktionselementes oder einzelner Flächen angepasst werden. Neben der Farbgebung können auch die Transparenz der gewählten Objekte eingestellt oder Oberflächen mit Texturen belegt werden. In Abbildung 2-3 wird die Zuweisung einer voreingestellten Far- be vorgestellt.

Abbildung 2-3: Einfärben von Modellen bzw. Modellflächen

Möglichkeiten zur Veränderung von Darstellungsattributen sind in Abbildung 2-4 dargestellt. Ein Würfel mit Bohrung erhält hier zunächst verschiedenfarbige Flächen.

In einem weiteren Schritt wird über die Befehlsfolge ž FARBEFFEKTE-GALERIE Ÿ Weitere

Farbeffekte Ÿ Einfach Ÿ Eigenschaften Ÿ Transparenz einer weiteren Fläche eine Farbe

zugewiesen, die zusätzlich noch Transparenz aufweist (vgl. transparente grüne Fläche in Ab- bildung 2-4). So können verdeckte Kanten bzw. innenliegende Komponenten insbesondere in Baugruppen auch im schattierten Modus sichtbar gemacht werden.

ž FARBEFFEKTE-GALERIE

Ÿ Meine Farbeffekte Ÿ Farbe auswählen Ÿ Fläche(n) auswählen Ÿ OK (für beliebige Flächen und Farben wiederholen)

1

2 3

4

10 2 Einführung in die Arbeit mit Wildfire 5.

auf die Massenwerte haben, wie z. B. Bezugsebenen, Achsen und Koordinatensysteme. Ande- rerseits lassen einige Bearbeitungsfunktionen, wie das Gruppieren, die Auswahl von Elemen- ten einer bestimmten Folie zu. Im Folienbaum können Folien, deren Elemente und der jeweilige Darstellungsstatus bearbeitet

werden. Über die Befehlsfolge Zeigen Ÿ Folienbaum im Modellbaum-Navigatorfenster

oder durch die entsprechende Schaltfläche wird der Folienbaum angezeigt. Die einzelnen Fo- lienfunktionen ( Folien editieren , Einstellungen oder Zeigen ) können über die abgebildeten Schaltflächen aufgerufen werden.

Änderungen an den Folien sind immer separat im Folienbaum über Ÿ Status speichern zu sichern, um sie für einen späteren Bauteilaufruf zu speichern.

Die Folientypen werden durch entsprechende Symbolik unterschieden in:

Einfache Folien: Elemente werden manuell zur Folie hinzugefügt. Standardfolien: Mit der Konfigurationsoption def_layer erstellt. Regelfolien: Primär mit Regeln definierte Folien. Verschachtelte Folie: Folie, die primär andere Folien enthält. Folie mit gleichem Namen: Hält für alle Komponenten alle Folien mit gleichem Namen in der Baugruppe.

Die prinzipielle Vorgehensweise zum Umgang mit Folien veranschaulicht Abbildung 2- anhand eines Beispiels. Sämtliche Rundungen und Fasen der detaillierten Welle werden mit der Absicht zusammen auf einer Folie abgelegt, um diese gemeinsam unterdrücken und wieder zurückholen zu können.

Abbildung 2-6: Folientechnik zur Gruppierung von KEs

Die Folienerstellung sowie die Zuordnung von Konstruktionselementen kann ebenso mit Hilfe spezieller Einträge in der Konfigurationsdatei config.pro automatisiert werden.

Eine weitere Möglichkeit, um Elemente in Folien zu gruppieren, bietet das Such -Tool. Abbil- dung 2-7 zeigt, wie in einem Bauteil alle Bohrungen aufgefunden und in der Folie Bohrung abgelegt werden.

im Foliennavigator Ÿ neue Folie

ž FOLIENEIGENSCHAFTEN Ÿ Name Ÿ Fasen_Rundungen Ÿ Einschließen Ÿ KEs auswählen Ÿ OK

Fasen_Rundungen Ÿ Elemente ausw

Editieren Ÿ Unterdrücken Ÿ Unterdrücken Ÿ OK

STRG

2.3 Objektdarstellung 11

Abbildung 2-7: Automatische Folienerzeugung durch das Such -Tool

2.3.4 Unterdrückung von Konstruktionselementen

Durch die vorübergehende Vereinfachung des rechnerinternen Modells können gerade bei komplexeren Teilen und Baugruppen die systeminternen Algorithmen zur Sichtbarkeitsklä- rung, zum Schattieren usw. wesentlich beschleunigt werden. Auch bei der Modellierung selbst können so ungewollte „Eltern-Kind“-Beziehungen vermieden werden. Das Herauslösen von Elementen eignet sich ebenfalls zur nachträglichen Dokumentation unterschiedlicher Bearbei- tungszustände. Exemplarisch zeigt dies Abbildung 2-8 für die in Kapitel 5 erzeugte Spindel.

Durch

Ÿ Auswahl (KE) Editieren Ÿ Unterdrücken

können ein oder mehrere Konstruktionselemente unterdrückt werden. Gleiches kann über die rechte Maustaste veranlasst werden. Falls „Kinder“ solcher Elemente nicht mit zur Unterdrückung ausgewählt wurden, sind weitere Interaktionen notwendig. Unterdrückte Elemente werden weiterhin im Modellbaum angezeigt, jedoch entsprechend markiert. Das Zurückholen unterdrückter Elemente geschieht ebenfalls über

Ÿ Zurückholen

Klar zu unterscheiden sind diese „Unterdrückungsmöglichkeiten“ von der Option zur vorüber- gehenden Elementausblendung bei der grafischen Bildschirmdarstellung:

Ÿ Auswahl (KE) Ansicht Ÿ Sichtbarkeit Ÿ Ausblenden/Einblenden

1

6

7

2

3 4

Ergebnis:

• hervorgehobene KEs
• Folie mit Bohrungs-KEs

5 Bohrung