CATIA V5 Konstruktionsmethod

Dieter R. Ziethen

CATIA V5 Konstruktionsmethodik zur Modellierung von Volumenkörpern

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Dieter R. Ziethen

CATIA V5 Konstruktionsmethodik zur Modellierung von Volumenkörpern Mit 91 Abbildungen, 262 Tabellen und 67 Aufgaben- und Lösungsblättern

Der Autor: Dieter R. Ziethen ist CAD-Systemingenieur bei der MAN Nutzfahrzeuge AG. Vorher war er CAD-Anwendungsberater bei IBM Deutschland.

Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolgedessen keine Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen – oder Teilen davon – entsteht, auch nicht für die Verletzung von Patentrechten, die daraus resultieren können. Ebenso wenig übernehmen Autor und Verlag die Gewähr dafür, dass die beschriebenen Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt also auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und MarkenschutzGesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.

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

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ISBN 3-446-22556-0

© 2004 Carl Hanser Verlag München Wien http://www.hanser.de Gesamtlektorat: Sieglinde Schärl Herstellung: Monika Kraus Satz: page create · Berit Herzberg, Freigericht Titelillustration: Atelier Frank Wohlgemuth, Bremen Coverconcept: Marc Müller-Bremer, rebranding, München, Germany Umschlaggestaltung: MCP · Susanne Kraus GbR, Holzkirchen Datenbelichtung, Druck und Bindung: Kösel, Kempten Printed in Germany

Vorwort „Computer-Aided-Design“ (CAD) ist heute aus einer Konstruktions- und Entwicklungsableitung nicht mehr wegzudenken. Mit dem CAD-System „CATIA V5“ hält eine neue Generation von CAD-Systemen Einzug in die Industrie, die nicht mehr nur die Modellierung eines Bauteils oder einer Baugruppe, sondern den gesamten Entwicklungs- und Fertigungsprozess unterstützt. Ein Konstrukteur steht damit vor der Aufgabe, nicht nur die Geometrie eines Bauteils gemäß dessen Funktion und Fertigung zu definieren, sondern auch auf die Qualität und Weiterverwendbarkeit der erzeugten CAD-Daten zu achten. Die Datenqualität hat einen entscheidenden Einfluss auf den Zeitaufwand, ein Bauteil geometrisch zu ändern oder in einem der Konstruktion nachgelagerten Prozess zu verarbeiten. Da ein Konstrukteur oder technischer Zeichner in der Konzeptphase schnell seine Ideen verwirklichen möchte und in der Entwicklungsphase ein Bauteil mehrfach abändern muss, ist es lohnend, von Anfang an CAD-Daten zu erzeugen, mit denen diese Aufgaben durchgängig und einfach erledigt werden können. Das Buch richtet sich an alle Konstrukteure und technischen Zeichner, die mit CATIA V5 arbeiten und Volumengeometrie erzeugen. Während eine CADStandardschulung die Funktionen und Schaltflächen eines CAD-Systems beschreibt, vermittelt dieses Buch, welche Funktionen wann und wie sinnvoll eingesetzt werden. Die häufigsten Fehlermeldungen des Systems werden systematisch erläutert und Möglichkeiten der Fehlerbehebung aufgeführt. Das Buch stellt allgemeine Methoden und Tipps dar, mit denen in der Konzeptphase schnell Volumengeometrie erzeugt und in der nachgelagerten Entwicklungsphase weiterverwendet und einfach geändert werden kann. Wer diese grundlegenden Methoden beherrscht, macht sich nicht nur das Leben einfacher, sondern ist auch für die Anforderungen der Zukunft gerüstet. Als Vorkenntnisse sind von Vorteil, aber nicht notwendige Voraussetzung: • Kenntnisse der Funktionen und Schaltflächen der Arbeitsumgebung „Part Design“ (PDG), • einige Monate praktische Erfahrung mit CATIA V5. Jeder Abschnitt dieses Buches wird durch eine oder mehrere Übungen abgeschlossen, mit denen der Leser sein Wissen vertiefen und kontrollieren kann. Viele Übungen können bearbeitet werden, ohne aktiv an einem CAD-System zu arbeiten und eignen sich daher besonders für ein Lernen zu Hause oder auf dem Weg zur Arbeit. Im Internet ist für jede Übung ein Lösungsvorschlag zu finden.

Dem Carl Hanser Verlag danke ich für die Gelegenheit, dieses Buch zu veröffentlichen, und insbesondere Herrn Volker Herzberg, Lektor des Bereiches Technik, der mir immer als Diskussionspartner während der Erstellung des Buches zur Verfügung stand. Meinen ehemaligen IBM-Kollegen Herrn Jürgen Kuntz, Stefan Harthun und

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Vorwort Bernhard Behr danke ich für die zahlreichen Diskussionen, die ich zu V4-Zeiten führen durfte und deren Früchte zu diesem Buch gereift sind. Ein abschließender Dank gilt allen, die mich bei der Erstellung des Buches unterstützt haben. Gröbenzell, im März 2004

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Dieter R. Ziethen

Inhaltsverzeichnis

Vorwort

........................................................................ 5

1

Einführung

2

Grundbegriffe

2.1

Volumenmodell ............................................15

2.2

Volumenkörper ............................................16

2.3

Operationen ..................................................19

2.4

Körper ............................................................21

2.5

Übung .............................................................22

3

CATIA-Basiswissen

3.1

Körper erzeugen ..........................................23

3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4

3.1.5

Parameter .......................................................23 Interne Arbeitsweise von CATIA .................24 CATIA-Befehle ...............................................25 Fehlermeldungen und deren Ursachen .........................................................26 „Name bereits verwendet (Name already used)“ ....................................26 „Operation überdenken (Reconsider operation)“ ................................27 Übung .............................................................28

3.2

Körper verknüpfen ......................................28

3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4

Parameter .......................................................29 Interne Arbeitsweise von CATIA .................30 CATIA-Befehle ...............................................30 Fehlermeldungen und deren Ursachen .........................................................33 „Komponente nicht verwendbar (Can’t use this feature)“ ................................33 „Kein sich ergebendes Element (No resulting element)“ .................................34 „Operation überdenken (Reconsider operation)“ ................................34

................................................13 .........................................15

3.2.4.4 3.2.5

„Element nicht mehr erkannt (Element no longer recognized)“................. 35 Übung ............................................................. 36

3.3

Skizze und Kontur erzeugen ..................... 36

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.3.1 3.3.3.2 3.3.3.3 3.3.3.4 3.3.4

3.3.5

Parameter ....................................................... 36 Interne Arbeitsweise von CATIA ................ 39 CATIA-Befehle .............................................. 41 Skizze erzeugen und ändern ....................... 42 Geometrieelemente erzeugen ...................... 45 Bedingungselemente erzeugen .................... 50 Skizze analysieren ........................................ 53 Fehlermeldungen und deren Ursachen ........................................................ 57 „Definition der Achse muss geändert werden (You need to modify the absolute axis definition)“ ............................. 58 „Skizze muss bearbeitet werden (You need to edit the sketch)“ ..................... 58 Übungen ......................................................... 60

3.4

Volumenkörper erzeugen .......................... 61

3.4.1 3.4.2 3.4.3 3.4.3.1 3.4.3.2 3.4.3.3

Parameter ....................................................... 61 Interne Arbeitsweise von CATIA ................ 62 CATIA-Befehle .............................................. 64 Block ............................................................... 64 Mehrfachblock .............................................. 67 Verrundeter Block mit Ausformschräge ............................................ 68 Tasche ............................................................. 70 Welle ............................................................... 71 Nut .................................................................. 73 Rippe ............................................................... 74 Rille ................................................................ 77 Versteifung .................................................... 78 Bohrung ......................................................... 79 Kombinieren .................................................. 83 Loft ................................................................. 84 Entfernter Loft ............................................... 88 Aufmaßfläche ................................................ 89 Fläche schließen ............................................ 90

3.3.4.1

3.1.4.1 3.1.4.2

3.2.4.1 3.2.4.2 3.2.4.3

................................23 3.3.4.2

3.4.3.4 3.4.3.5 3.4.3.6 3.4.3.7 3.4.3.8 3.4.3.9 3.4.3.10 3.4.3.11 3.4.3.12 3.4.3.13 3.4.3.14 3.4.3.15

7

Inhaltsverzeichnis 3.4.4

3.4.5

Fehlermeldungen und deren Ursachen .........................................................91 „Mehrere offene Konturen (Several open contours)“ ..............................91 „Offenes Profil (Open profile)“ .....................93 „Skizze muss geschlossen sein (Sketch has to be closed)“ ............................94 „Topologische Operatoren (Topological operators)“ ...............................94 „Skizze nicht zulässig (Sketch isn’t valid)“ .......................................95 „Offset-Wert führt zu Degenerierung (Offset value leads to degeneration)“ ..........95 „Selbst schneidende Fläche (Self-intersecting surface)“ ...........................97 „Verbindungsmodus nicht anwendbar (Coupling mode cannot be applied)“ ..........97 Übungen .........................................................98

3.5

Ausformschräge erzeugen .........................99

3.5.1 3.5.2 3.5.3 3.5.3.1 3.5.3.2 3.5.3.3

Parameter .......................................................99 Interne Arbeitsweise von CATIA ...............101 CATIA-Befehle .............................................102 Konstante Ausformschräge ....................... 103 Variable Ausformschräge .......................... 105 Ausformschräge mit Reflektionslinie ............................................108 Erweiterte Ausformschräge ........................109 Fehlermeldungen und deren Ursachen .......................................................112 „Selbstschneidung (Autointersection)“ ......................................112 „Verdrehte Fläche (Twisted surface)“ ........................................113 „Unzulässige Neubegrenzung (Impossible relimitation)“ ...........................114 „Neutrales Element zu steil (Neutral element too steep)“ ......................115 „Mehrere Bänder (More than one ribbon)“ .............................116 „Umkehrung der Flächenkrümmung (Surface curvature inversion)“ ...................116 „Teilfläche bereits entformt (Face already drafted)“ ...............................117 Übungen .......................................................118

3.4.4.1 3.4.4.2 3.4.4.3 3.4.4.4 3.4.4.5 3.4.4.6 3.4.4.7 3.4.4.8

3.5.3.4 3.5.4 3.5.4.1 3.5.4.2 3.5.4.3 3.5.4.4 3.5.4.5 3.5.4.6 3.5.4.7 3.5.5

8

3.6

Verrundung erzeugen .............................. 119

3.6.1 3.6.2 3.6.3 3.6.3.1 3.6.3.2 3.6.3.3 3.6.3.4 3.6.4

3.6.5

Parameter ..................................................... 119 Interne Arbeitsweise von CATIA .............. 121 CATIA-Befehle ............................................ 123 Konstante Kantenverrundung ................... 123 Variable Kantenverrundung ...................... 126 Zwei-Flächen-Verrundung ........................ 128 Drei-Tangenten-Verrundung ..................... 129 Fehlermeldungen und deren Ursachen ...................................................... 130 „Verdrehte Fläche (Twisted surface)“ ....................................... 131 „Ungültige Neubegrenzung (Impossible relimitation)“ .......................... 131 „Element nicht mehr erkannt (Element no longer recognized)“ .............. 132 „Endpunkte nicht erreichbar (Cannot reach end points)“ ........................ 133 „Zu starke Auswirkungen (Too large impact)“ ..................................... 134 „Eckkanten nicht erzeugbar (Cannot create corner edges)“ ................... 135 Übungen ....................................................... 136

3.7

Fase erzeugen ............................................ 136

3.7.1 3.7.2 3.7.3 3.7.4

3.7.5

Parameter ..................................................... 137 Interne Arbeitsweise von CATIA .............. 137 CATIA-Befehl .............................................. 139 Fehlermeldungen und deren Ursachen ...................................................... 140 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ ..................... 140 „Operation kann nicht initialisiert werden (Cannot initialize operation)“ .................... 141 „Ergebnis enthält verdrehte Fläche (Result contains one twisted surface)“ .................................. 142 Übung ........................................................... 142

3.8

Trennen und Fläche integrieren ............ 143

3.8.1 3.8.2 3.8.3 3.8.3.1 3.8.3.2

Parameter ..................................................... 143 Interne Arbeitsweise von CATIA .............. 144 CATIA-Befehle ............................................ 145 Trennen ........................................................ 145 Fläche integrieren ....................................... 146

3.6.4.1 3.6.4.2 3.6.4.3 3.6.4.4 3.6.4.5 3.6.4.6

3.7.4.1 3.7.4.2

3.7.4.3

Inhaltsverzeichnis 3.8.4

3.8.4.4 3.8.5

Fehlermeldungen und deren Ursachen .......................................................147 „Teilflächenverband weist Loch auf (Skin has a hole)“ ........................................147 „Teilflächenverband trennt unvollständig (Skin does not cut across volume)“ .....................................148 „Begrenzung nicht auf Trimmkörper (Boundary not on trimming body)“ ..........149 „Impasse encountered“ ...............................150 Übung ...........................................................150

3.9

Gewinde erzeugen .....................................151

3.9.1 3.9.2 3.9.3 3.9.4

3.9.5

Parameter .....................................................151 Interne Arbeitsweise von CATIA ...............151 CATIA-Befehle .............................................152 Fehlermeldungen und deren Ursachen .......................................................154 „Gewindetiefe muss geringer sein (Depth must be lower)“ ...............................154 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ .....................155 „Stützelement muss zylindrisch sein (Support must be cylindrical)“ ..........155 „Gewinde- muss Stützelementdurchmesser entsprechen (Thread diameter must be equal to support)“ ........................................156 Übung ...........................................................157

3.10

Schalenelement erzeugen ....................... 157

3.10.1 3.10.2 3.10.3 3.10.4

Parameter .....................................................157 Interne Arbeitsweise von CATIA ...............158 CATIA-Befehl ...............................................160 Fehlermeldungen und deren Ursachen .......................................................161 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ .....................161 „Alle Teilflächen als zu entfernend ausgewählt (All faces selected as faces to remove)“ ..................................................162 „Offset-Wert führt zu Degenerierung (Offset value leads to degeneration)“ ........163 „Ergebnis kann nicht zusammengefügt werden (Result cannot be assembled)“ ...................163

3.8.4.1 3.8.4.2

3.8.4.3

3.9.4.1 3.9.4.2 3.9.4.3 3.9.4.4

3.10.4.1 3.10.4.2

3.10.4.3 3.10.4.4

3.10.4.5 „Ergebnis kann nicht berechnet werden (Result cannot be assembled)“ ............................... 164 3.10.5 Übung ........................................................... 165

3.11

Aufmaß erzeugen ...................................... 165

3.11.1 3.11.2 3.11.3 3.11.4

Parameter ..................................................... 165 Interne Arbeitsweise von CATIA .............. 166 CATIA-Befehl .............................................. 167 Fehlermeldungen und deren Ursachen ...................................................... 169 3.11.4.1 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ ..................... 169 3.11.4.2 „Ergebnis kann nicht berechnet werden (Result cannot be assembled)“ .................. 169 3.11.4.3 „Offset-Wert führt zu Degenerierung (Offset value leads to degeneration)“ .............................. 170 3.11.5 Übung ........................................................... 171

3.12

Teilfläche ersetzen und entfernen ............................................ 172

3.12.1 3.12.2 3.12.3 3.12.3.1 3.12.3.2 3.12.4

Parameter ..................................................... 172 Interne Arbeitsweise von CATIA .............. 173 CATIA-Befehle ............................................ 176 Teilfläche ersetzen ...................................... 176 Teilfläche entfernen .................................... 177 Fehlermeldungen und deren Ursachen ...................................................... 178 3.12.4.1 „Geometrie kann nicht berechnet werden (Impossible to compute geometry)“ .......... 178 3.12.4.2 „Endkörper kann nicht geschlossen werden (Final body can not be closed)“ ................ 179 3.12.4.3 „Unzulässige Neubegrenzung (Impossible relimitation)“ .......................... 181 3.12.5 Übung ........................................................... 183

3.13

Drehen und Verschieben erzeugen ........ 183

3.13.1 3.13.2 3.13.3 3.13.3.1 3.13.3.2

Parameter ..................................................... 183 Interne Arbeitsweise von CATIA .............. 184 CATIA-Befehle ............................................ 186 Drehen .......................................................... 186 Verschieben ................................................. 187

9

Inhaltsverzeichnis Fehlermeldungen und deren Ursachen .......................................................188 3.13.4.1 „Ungültiges oder leeres Eingabeelement (Invalid or empty input element)“ .............188 3.13.4.2 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ .....................190 3.13.5 Übung ...........................................................191

3.16

Konstruktionsbaum ordnen .................... 213

3.16.1 3.16.2 3.16.3

Interne Arbeitsweise von CATIA .............. 213 CATIA-Befehle ............................................ 214 Übung ........................................................... 216

4

CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps .................... 217

3.14

4.1

CATIA-Datenmodell und Abhängigkeitsketten ................................ 218

4.1.1 4.1.2 4.1.3 4.1.4

CATIA-Datenmodell ................................... 218 Abhängigkeitsketten ................................... 220 Methodische Tipps ...................................... 222 Übung ........................................................... 223

4.2

Strukturierung eines Volumenmodells ........................................ 223

4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4

Prinzip der Dekomposition ........................ 224 Prinzip des Schnitzens ............................... 227 Methodische Tipps ...................................... 229 Übung ........................................................... 230

4.3

Definition der Steuergeometrie eines Volumenmodells .............................. 230

4.3.1 4.3.2 4.3.3 4.3.4

Prinzip der Notwendigkeit ......................... 232 Prinzip der Parameter ................................. 235 Methodische Tipps ...................................... 237 Übung ........................................................... 239

4.4

Strukturierung eines Körpers und Auswahl der Volumenkörper .......... 239

4.4.1 4.4.2 4.4.3 4.4.4 4.4.5

Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens ..................................... 240 Prinzip der Einfachheit .............................. 242 Prinzip der Operation ................................. 243 Methodische Tipps ...................................... 245 Übung ........................................................... 246

4.5

Aufbau einer Kontur ................................ 246

4.5.1 4.5.2 4.5.3 4.5.4

Prinzip der Scharfkantigkeit ...................... 247 Prinzip der Ausgliederung ......................... 249 Methodische Tipps ...................................... 251 Übung ........................................................... 251

4.6

Definition einer Ausformschräge .......... 252

4.6.1 4.6.2

Prinzip der Frühzeitigkeit .......................... 252 Prinzip der Minimalität .............................. 254

3.13.4

Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen .....................................191

3.14.1 3.14.2 3.14.3 3.14.3.1 3.14.3.2 3.14.3.3 3.14.4

Parameter .....................................................191 Interne Arbeitsweise von CATIA ...............193 CATIA-Befehle .............................................194 Skalieren .......................................................194 Symmetrie ....................................................195 Spiegeln ........................................................196 Fehlermeldungen und deren Ursachen .......................................................197 3.14.4.1 „Spezifikation kann nicht berücksichtig werden (Specification can’t be taken into account)“ ..............................................197 3.14.4.2 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ .....................198 3.14.4.3 „Ungültiges oder leeres Eingabeelement (Invalid or empty input element)“ ................................199 3.14.5 Übung ...........................................................201

3.15 3.15.1 3.15.2 3.15.3 3.15.3.1 3.15.3.2 3.15.3.3 3.15.4

Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen ........................201

Parameter .....................................................201 Interne Arbeitsweise von CATIA ...............203 CATIA-Befehle .............................................206 Rechteckmuster ............................................206 Kreismuster ..................................................208 Benutzermuster ............................................209 Fehlermeldungen und deren Ursachen .......................................................210 3.15.4.1 „Parameter nicht zulässig (Parameters not valid)“ ...............................211 3.15.4.2 „Anzahl umfasst nur das Originalobjekt (Number includes only original object)“ ..................212 3.15.5 Übung ...........................................................213

10

Inhaltsverzeichnis 5.1.3

Übung ........................................................... 286

5.2

Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette .............. 287

5.2.1 5.2.1.1 5.2.1.2 5.2.1.3 5.2.2

Design- und Konzeptphase ........................ 287 Steuergeometrie und Parameter ................ 288 Strukturierung ............................................. 292 Übung ........................................................... 296 Detaillierungsphase, Vorserienund Serienbetreuung .................................. 296 Detaillieren und Ändern ............................ 297 Strukturierung ............................................. 298 Übung ........................................................... 299

4.6.3 4.6.4

Methodische Tipps ......................................256 Übung ...........................................................258

4.7

Definition einer Verrundung oder Fase ..............................258

4.7.1 4.7.2 4.7.3 4.7.4

Prinzip der Frühzeitigkeit ...........................259 Prinzip der Minimalität ..............................260 Methodische Tipps ......................................262 Übung ...........................................................263

4.8

Integration einer Fläche ..........................264

4.8.1 4.8.2 4.8.3 4.8.4

Prinzip der Qualität .....................................264 Prinzip der Randposition ............................270 Methodische Tipps ......................................271 Übung ...........................................................273

4.9

Ändern einer Geometrie ..........................273

4.9.1 4.9.2 4.9.3 4.9.4

Prinzip des minimalen Eingriffs ................274 Prinzip des parallelen Ergänzens .....................................................277 Methodische Tipps ......................................281 Übung ...........................................................282

5

CAD-Prozessmethodik

5.1

CAD-Prozesskette .......................................283

Anhang: Aufgabenblätter

5.1.1 5.1.2

Allgemeine CAD-Prozesskette ...................284 Spezifische CAD-Prozessketten .................285

Stichwortverzeichnis ........................................... 355

5.2.2.1 5.2.2.2 5.2.2.3

5.3

Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette .............. 300

5.3.1 5.3.2 5.3.3 5.3.4 5.3.4.1 5.3.4.2 5.3.5

Schmieden und Gießen .............................. 300 Spritz- und Druckgießen ............................ 304 Schweißen .................................................... 308 Zerspanen .................................................... 309 Volumenmodell ........................................... 309 Strukturmodell ............................................ 311 Übung ........................................................... 317

......................283 ............................. 319

11

1 Einführung Das CAD-System „CATIA V5“ íst eine Software, mit der ein Anwender Geometrie erzeugen kann, die in einem CAD-Modell gespeichert ist. Ein CAD-Modell ist eine Zusammenstellung aller Informationen, die eine Geometrie beschreiben. Um ein CAD-Modell zu erstellen, bieten sich einem Anwender häufig mehrere Wege an, die zum gewünschten geometrischen Ergebnis führen. Denn der Funktionsumfang von CATIA V5 stellt verschiedene ähnliche Funktionen bereit, um eine Fläche oder ein Volumen zu beschreiben. Auch wenn eine Geometrie scheinbar über verschiedene Wege modelliert werden kann, kann die interne mathematische Abbildung des Ergebnisses einfach oder komplex, änderungsfreundlich oder fehleranfällig sein. Es genügt also nicht nur, eine Funktion des CAD-Systems zu kennen und anwenden zu können, sondern es ist gleichsam wichtig zu wissen, wann und wie die Funktion eingesetzt wird. Dieses Wissen um das Wie und Wann wird durch eine CADMethodik vermittelt. Eine CAD-Methodik ist eine Beschreibung von Regeln, wie ein CAD-Modell modelliert wird. Eine CAD-Methodik stellt auf der einen Seite dar, wie ein CAD-System intern funktioniert und warum bei der Anwendung einer CAD-Funktion (z.B. Verrundung) Probleme auftreten können. Auf der anderen Seite wird dieses Wissen in allgemeine Regeln gefasst, bei deren Einhaltung ein Anwender in den meisten Fällen diese Probleme umgehen kann. Um den Leser schrittweise an eine fundierte CAD-Methodik und ein tiefes CADWissen von CATIA V5 heranzuführen, wird der Stoff dieses Buches in mehreren Stufen vermittelt, die aufeinander aufbauen: • In Kapitel 2, „Grundbegriffe“, werden die grundlegenden Begriffe einer CADMethodik definiert. Sie bilden die Grundlage für das Verständnis und die Gliederung der anschließenden Kapitel und Abschnitte dieses Buches. • Kapitel 3, „CATIA-Basiswissen“, führt den Leser in die Standardfunktionalität der Volumenmodellierung von CATIA V5 ein. Neben der Darstellung, wie eine Funktionalität angewendet wird, steht immer zugleich im Fokus, was CATIA im Hintergrund, meistens ohne ein bewusstes Wissen eines Anwenders, ausführt oder speichert. Das Hintergrundwissen erschließt das Verständnis, warum und wann bei der Anwendung einer Funktion Probleme oder Fehler auftreten können. • Eine „CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps“ werden in Kapitel 4 vermittelt. Die im Kapitel 3 gewonnenen Erkenntnisse werden vertieft und in allgemeine Regeln gefasst. Werden die allgemeinen Regeln bei einer Volumenmodellierung eingehalten, können Fehler und Probleme in den meisten Fällen von vornherein vermieden werden. • Einen Überblick über prozessmethodische Besonderheiten gibt Kapitel 5. Die allgemeine Methodik aus Kapitel 4 wird aus der Perspektive einzelner Schritte der CAD-Prozesskette betrachtet und durchleuchtet.

13

1 Einführung Jeder Abschnitt dieses Buches wird durch eine oder mehrere Übungen abgeschlossen, mit denen der Leser sein Wissen vertiefen und kontrollieren kann. Viele Übungen können bearbeitet werden, ohne aktiv an einem CAD-System zu arbeiten und eignen sich daher besonders für ein Lernen zu Hause oder auf dem Weg zur Arbeit. Wenn eine Übung aktiv am CAD-System vorgenommen werden sollte, ist dies durch ein CATIA-Symbol am Rand der Aufgabenstellung gekennzeichnet. Zu jeder Übung gibt es ein Aufgaben- und Lösungsblatt. Eine Übersicht der Aufgabenblätter ist im „Anhang: Aufgabenblätter“ zu finden, eine Aufstellung aller Musterlösungen im Internet. Alle Aufgaben- und Lösungsblätter stehen auf der Seite „www.hanser.de/ziethen2“ des Carl Hanser Verlages zum Download bereit.

14

2 Grundbegriffe Dieses Kapitel definiert die wesentlichen Begriffe einer CAD-Methodik und gibt eine Übersicht über die Geometrieelemente, die in CATIA V5 bei einer Volumenmodellierung verwendet werden.

2.1

Volumenmodell

Ein Volumenmodell ist ein CAD-Modell, das sich aus massiven Volumenelementen (Shapes) zusammensetzt. In CATIA V5 wird ein Volumenmodell durch ein Dokument des Typs CATPart repräsentiert, das über die Arbeitsumgebung „Part Design“ (Teilekonstruktion) erstellt ist. Ein Volumenmodell lässt sich in folgende Elementarten unterteilen: • Volumenkörper, • Operationen und • Körper. Ein Volumenkörper ist das kleinste Volumenelement eines Volumenmodells. Er kann durch eine oder mehrere Operationen detailliert werden, die einzelne Teilbereiche des Volumenkörpers geometrisch verändern. Ein Körper ist eine Gruppe von Volumenkörpern und Operationen und bildet innerhalb eines Volumenmodells eine logische Klammer. Ein Volumenmodell kann über mehrere Körper verfügen. Die rechte Spalte von Tabelle 2.1 zeigt ein Beispiel. Das Volumenmodell verfügt über einen hellblauen Volumenkörper, der über türkisfarbene Operationen detailliert ist. Zwei weitere dunkelblaue Volumenkörper sind vom ersten geometrisch abgezogen. Die gesamte Gruppe der Volumenkörper und Operationen bildet einen Körper. Die Elemente eines Volumenmodells werden im Konstruktionsbaum eines CATParts hierarchisch abgebildet (Tabelle 2.1, links). Ein Konstruktionsbaum ist somit eine Liste der Körper, Volumenkörper und Operationen eines Volumenmodells. Der oberste Knoten des Konstruktionsbaumes repräsentiert das gesamte Volumenmodell (CATPart). Darunter folgen die Ursprungsebenen und die Elemente, die von einem Anwender erzeugt wurden. Die Ursprungsebenen sind der geometrische Anker eines Volumenmodells. Alle geometrischen Bezüge lassen sich in letzter Instanz auf jene zurückverfolgen. Alle Elemente, die direkt am obersten Knoten angehängt sind, befinden sich auf der ersten Hierarchieebene eines Volumenmodells. Im Beispiel von Tabelle 2.1 sind dies die drei Ursprungsebenen und der Körper „Körper“. Innerhalb der logischen Klammer des Körpers befinden sich drei Volumenkörper und zwei Operationen. Diese fünf Elemente zählen nicht mehr zur ersten Hierarchieebene, sondern sind auf der zweiten Hierarchieebene angeordnet. Ein kleiner grauer Kreis im Konstruktionsbaum zeigt an, dass sich unter einem Element eine weitere Hierarchieebene befin-

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2 Grundbegriffe det. Eine Selektion des Kreises klappt eine Hierarchieebene auf oder zu. Ist im Kreis ein Minuszeichen dargestellt, ist eine Hierarchieebene aufgeklappt. Ein Pluszeichen zeigt eine zugeklappte Hierarchieebene an. Für die Elemente eines Volumenmodells werden im Laufe dieses Buches spezielle CAD-Methodiken vorgestellt. Tabelle 2.1: Elemente eines Volumenmodells

Konstruktionsbaum

2.2

3D-Geometrie

Volumenkörper

Ein Volumenkörper ist ein massives Volumenelement, das auf einer Fläche, Kontur oder Skizze basiert. Eine Fläche (Surface) ist ein zweidimensionales Gebilde, das in jeder Dimension Krümmungen aufweisen kann und durch eine Randkurve begrenzt ist. Flächen, die sich Stücke ihrer Randkurven teilen, können zu einem Flächenverband zusammengesetzt sein. Im folgenden wird eine Unterscheidung zwischen einer Fläche und einem Flächenverband nur dann getroffen, wenn es für die Anwendung einer Funktion von Bedeutung ist. Ansonsten werden Flächen und Flächenverbände unter dem Begriff einer Fläche zusammengefasst. Eine Kontur (Contour) ist ein offener oder geschlossener planarer Kurvenzug. Hat ein Kurvenzug unterschiedliche Anfangs- und Endpunkte, so handelt es sich um einen offenen Kurvenzug. Bei einem geschlossenen Kurvenzug fallen dessen Enden in einem Punkt zusammen. Ein Kurvenzug kann aus einem oder mehreren Geometrieelementen bestehen. Wird ein Volumenkörper erzeugt, ist dessen Kontur in der Regel in einer Skizze gespeichert. Eine Skizze (Sketch) ist eine Gruppe von planar angeordneten Punkten und Kurvenzügen. Eine Skizze kann mehrere Konturen beinhalten. Auch wenn die Erzeugung eines Volumenkörpers in vielen Fällen nur durch eine Kontur vorgenommen werden kann, wird im folgenden davon ausgegangen, dass ein Anwender eine Skizze verwendet. Die Verwendung einer Skizze ist der im CATIA übliche Weg.

16

2.2 Volumenkörper Diese Geometrie, welche wesentliche geometrische Vorgaben für ein Volumenelement enthält, wird Elterngeometrie des Volumenelementes genannt. Ist die Elterngeometrie eines Volumenelementes eine Fläche, wird das Element als flächenbasierter Volumenkörper (Surface Based Shape) bezeichnet. Ist diese eine Kontur oder Skizze, heißt das Element skizzenbasierter Volumenkörper (Sketch Based Shape). Ein Beispiel für einen flächen- und skizzenbasierten Volumenkörper gibt Tabelle 2.2. Die Elterngeometrie ist jeweils in altrosa Farbe hervorgehoben. Flächenbasierter Volumenkörper

Skizzenbasierter Volumenkörper

Tabelle 2.2 : Beispiel eines flächen- und skizzenbasierten Volumenkörpers

Die Elterngeometrie eines Volumenkörpers wird im Konstruktionsbaum unter dem Symbol des Volumenkörpers angezeigt (Tabelle 2.3). Die Symbole eines Volumenkörpers, einer Fläche und einer Kontur variieren, je nachdem welcher Geometrietyp zur Modellierung einer Geometrie verwendet wird. Nur das Symbol einer Skizze ist immer gleich. Fläche

Kontur

Skizze

Tabelle 2.3: Darstellung der Elterngeometrie eines Volumenkörpers im Konstruktionsbaum

Neben seiner Elterngeometrie besitzt ein Volumenkörper geometrische Unterelemente, auf denen eine Operation beruht: Teilflächen und Kanten. Eine Fläche eines Volumenkörpers wird als Teilfläche (Face) bezeichnet. Stoßen zwei Teilflächen aneinander, entsteht eine Kante (Edge). Ein Beispiel für die Bestandteile eines Volumenkörpers gibt Bild 2.1. Bild 2.1: Bestandteile eines Volumenkörpers

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2 Grundbegriffe Ein Volumenkörper kann ein positives oder negatives Vorzeichen besitzen. Das Vorzeichen eines Volumenkörpers hat für einen einzelnen Volumenkörper unmittelbar keine besondere Bedeutung. Es entfaltet seine Wirkung erst, wenn mehrere Volumenkörper verknüpft werden. Zwei Volumenkörper gleichen Vorzeichens werden innerhalb eines Körpers (Abschnitt 2.4) vereinigt, zwei Volumenkörper mit unterschiedlichem Vorzeichen subtrahiert. Das Ergebnis beider Fälle wird als zusammengesetzter Volumenkörper bezeichnet. Die rechte Abbildung in Tabelle 2.1 stellt ein Beispiel eines zusammengesetzten Volumenkörpers dar. Der hellblaue Volumenkörper besitzt ein positives, die beiden dunkelblauen ein negatives Vorzeichen. Das Vorzeichen eines Volumenkörpers ist nur über dessen Symbol im Konstruktionsbaum ersichtlich. Der kleine graue Kreis vor einem Volumenkörpersymbol dient zur Darstellungssteuerung der Hierarchieebenen im Konstruktionsbaum (Abschnitt 2.1) und sollte nicht mit dem Vorzeichen eines Volumenkörpers verwechselt werden. Eine Zusammenstellung der Volumenkörper von CATIA V5 und ihrer Symbole gibt Tabelle 2.4. Tabelle 2.4: Arten von Volumenkörpern und deren Symbole im Konstruktionsbaum

Elterngeometrie eine Skizze

Positiver Volumenkörper

Negativer Volumenkörper

Block (Pad)

Tasche (Pocket)

Mehrfachblock (Multipad)

Mehrfachtasche (Multipocket)

Welle (Shaft)

Nut (Groove)

Versteifung (Stiffener) Bohrung (Hole) mehrere Skizzen

Rippe (Rib)

Rille (Slot)

Kombinieren (Solid Combine) Loft (Loft) Fläche

Entfernter Loft (Removed Loft)

Fläche schließen (Close Surface) Aufmaßfläche (Thick Surface)

mehrere Flächen

18

Block (Pad)

Tasche (Pocket)

Welle (Shaft)

Nut (Groove)

Kombinieren (Solid Combine)

2.3 Operationen 2.3

Operationen

Eine Operation ist eine Änderung eines einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörpers (Abschnitt 2.2). Eine Änderung kann sich auf eine Kante, eine Teilfläche oder den gesamten Volumenkörper beziehen. Die Geometrie, auf die sich eine Operation stützt, wird Elterngeometrie der Operation genannt. Ist die Elterngeometrie einer Operation eine Kante oder Teilfläche, wird diese als Kanten- oder Flächenoperation bezeichnet. Eine Kantenoperation verändert einen Volumenkörper entlang einer oder mehrerer Kanten, eine Flächenoperation modifiziert eine oder mehrere Teilflächen. Tabelle 2.5 zeigt ein Beispiel für eine Kantenund eine Flächenoperation. Die Elterngeometrie ist jeweils orangefarben am transparent dargestellten Ausgangsvolumenkörper hervorgehoben. Kantenoperation

Flächenoperation

Tabelle 2.5: Beispiel einer Kanten- und Flächenoperation und deren Elterngeometrie

Die beiden Arten von Operationen werden allgemein unter dem Begriff „Dress Up Shapes“ zusammengefasst, da diese die Beschaffenheit eines Volumenkörpers detaillieren. Eine Zusammenstellung der Kanten- und Flächenoperationen, die an einem einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper möglich sind, gibt Tabelle 2.6. Eine zweite Gruppe von Operationen bilden die Transformationsoperationen (Transformation Shapes). Eine Transformationsoperation vervielfältigt einen einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper oder ändert dessen Lage oder Form. Wird ein Volumenkörper vervielfältigt, bleibt das Original als Teil des Ergebnisses erhalten. Die linke Spalte von Tabelle 2.7 zeigt ein Beispiel einer Vervielfältigung. Das Original ist hellblau, die Duplikate grün dargestellt. Wird die Lage oder Form eines Volumenkörpers geändert, ist das Original im Ergebnis nicht mehr sichtbar. Ein Beispiel einer Formänderung gibt die rechte Spalte von Tabelle 2.7. Das Ergebnis ist grün, das Original transparent dargestellt.

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2 Grundbegriffe Tabelle 2.6: Kanten- und Flächenoperationen eines Volumenkörpers

Elterngeometrie

Operation Fase (Chamfer)

Kante(n)

Konstante Kantenverrundung (Constant Edge Fillet) Variable Kantenverrundung (Variable Edge Fillet) Konstante Ausformschräge (Basic Draft)

Teilfläche(n)

Variable Ausformschräge (Variable Draft) Ausformschräge mit Reflektionslinie (Draft from Reflect Line) Erweiterte Ausformschräge (Advanced Draft) Zwei-Flächen-Verrundung (Face Fillet) Fläche integrieren (Sew Surface) Schalenelement (Shell) Trennen (Split) Aufmaß (Thickness) Gewinde (Thread) Drei-Tangenten-Verrundung (Tritangent Fillet) Teilfläche ersetzen (Replace Face) Teilfläche entfernen (Remove Face)

Tabelle 2.7: Beispiele einer Transformationsoperation

20

Vervielfältigung

Formänderung

2.4 Körper Als Elterngeometrie einer Transformationsoperation können Volumenkörper oder Bestandteile eines Volumenkörpers verwendet werden. Eine Zusammenstellung der möglichen Transformationsoperationen gibt Tabelle 2.8. Aktion

Operation

Lageänderung

Drehen (Rotation)

Tabelle 2.8: Transformationsoperationen eines Volumenkörpers

Verschieben (Translate) Formänderung

Skalieren (Scaling) Symmetrie (Symmetry)

Vervielfältigung

Spiegeln (Mirror) Rechteckmuster (Rectangular Pattern) Kreismuster (Circular Pattern) Benutzermuster (User Pattern)

Ein Sonderfall einer Operation ist eine boolsche Operation (Boolean Shape). Eine boolsche Operation verknüpft zwei Körper eines Volumenmodells. Da zu ihrem Verständnis weitere Kenntnisse notwendig sind, wird hierauf in Abschnitt 3.2 eingegangen.

2.4

Körper

Ein Körper (Body) ist eine Gruppe von Volumenkörpern und deren Operationen. Die Möglichkeit, Geometrie über Körper zu gruppieren, wird verwendet, um ein Volumenmodell zu strukturieren. Eine gute CAD-Methodik zeichnet sich durch eine übersichtliche Struktur der Körper eines Volumenmodells aus. Ein Volumenmodell verfügt immer über einen Körper, der auf der ersten Hierarchieebene des Konstruktionsbaumes (Abschnitt 2.1) direkt unter den Ursprungsebenen angeordnet ist, dem Hauptkörper (Part Body). Bei der Berechnung der Masse und des Volumens eines Volumenmodells wird bei vielen Funktionen nur der Hauptkörper berücksichtigt. Der Hauptkörper wird im Konstruktionsbaum durch ein grünes Zahnrad dargestellt (Bild 2.2). Unter dem Hauptkörper können auf der ersten Hierarchieebene weitere Körper folgen. Diese Körper werden durch ein grünes und blaues Zahnrad repräsentiert. Das gelbe Zeichen rechts über dem Symbol zeigt das Vorzeichen eines Körpers an (Abschnitt 3.1.1).

21

2 Grundbegriffe Alle Körper, die auf der ersten Hierarchieebene angeordnet sind, sind eigenständig. Eigenständig bedeutet, dass ihr Hüllvolumen mit dem anderer Körper auf der ersten Hierarchieebene über keine Operation (Abschnitt 2.3) verknüpft ist. Bild 2.2: Beispiel für Körper eines Volumenmodells auf der ersten Hierarchieebene

2.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung 2.1. Übung 2.1: Bestandteile eines Volumenmodells

Aufgabenblatt 2.1

Lösungsblatt 2.1

Dauer 20 min

22

a) In welche drei Elementarten, die für eine CAD-Methodik von Bedeutung sind, kann ein Volumenmodell eingeteilt werden? Was sind die Kennzeichen der Elementarten? b) Bitte kreuzen Sie an: Welches der aufgeführten Elemente ist ein Volumenkörper oder eine Operation? Was ist die Elterngeometrie des jeweiligen Elementes?

3 CATIA-Basiswissen Im vorangegangenen Kapitel wurden die Bestandteile eines Volumenmodells dargestellt. Im wesentlichen sind dies Körper, Skizzen, Volumenkörper und Operationen. Dieses Kapitel beschreibt die grundlegende V5-Funktionalität, mit der diese Elemente erzeugt werden. Im Vordergrund steht eine Beschreibung, über welche Parameter ein Element verfügt, was CATIA intern bei der Erzeugung speichert und welche Schaltflächen verwendet werden. Zu jedem Element werden häufige Definitionsund Anwendungsfehler vorgestellt und deren Ursachen und Beseitigung erläutert.

3.1

Körper erzeugen

Ein Körper (Abschnitt 2.4) ist eine Gliederungseinheit eines Volumenmodells und wird verwendet, um ein Volumenmodell zu strukturieren. Die folgenden Abschnitte stellen dar, über welche Parameter ein Körper verfügt und wie ein Körper erzeugt wird.

3.1.1

Parameter

Die Parameter eines Körpers sind sein Komponentenname, Vorzeichen und geometrischer Inhalt. Der Komponentenname eines Körpers legt dessen Bezeichnung fest und steht im Konstruktionsbaum rechts neben dem Körpersymbol (Tabelle 3.1). Ein Komponentenname muss eindeutig sein. Es darf nicht dieselbe Bezeichnung für zwei Körper vergeben werden. Auf den Komponentennamen eines Körpers kann über dessen Eigenschaften zugegriffen werden. Im Beispiel von Tabelle 3.1 sind neben den Körpersymbolen die drei Komponentennamen „Hauptkörper“, „Positiver Körper“ und „Negativer Körper“ zu finden. Geometrischer Inhalt eines Körpers sind alle Volumenkörper und Operationen, die in dem Behälter des Körpers abgelegt sind. Der geometrische Inhalt ist im Konstruktionsbaum unter einem Körpersymbol aufgelistet. Der geometrische Inhalt der drei Körper aus Tabelle 3.1 sind jeweils die zwei Volumenkörper „Block.1“ und „Tasche.1“. Das Vorzeichen eines Körpers kann positiv oder negativ sein. Das Vorzeichen des ersten Volumenkörpers eines Körpers bestimmt dessen Vorzeichen. Ist das Vorzeichen des ersten Volumenkörpers positiv, ist auch das Vorzeichen des Körpers positiv (Mitte). Ist es negativ, ist das Vorzeichen des Körpers negativ (rechts). Ausnahmen sind der Hauptkörper und ein leerer Körper, die immer nur ein positives Vorzeichen besitzen.

23

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.1: Parameter eines Hauptkörpers und Körpers mit positivem und negativem Vorzeichen

Hauptkörper

3.1.2

Positiver Körper

Negativer Körper

Interne Arbeitsweise von CATIA

Ein Körper ist CATIA-intern als Eigenschaft eines Part-Knotens gespeichert. Ein Part-Knoten ist der oberste Knoten im Konstruktionsbaum eines CATParts und repräsentiert das CATPart selbst (Tabelle 3.2, links). Ein Part-Knoten verfügt über zwei Eigenschaften, die einen Körper speichern können (Tabelle 3.2, rechts). Die erste Eigenschaft beschreibt den Hauptkörper (Part Body), die zweite eine Liste aller normalen Körper des CATParts (Bodies). Ein Körper wiederum verfügt über eine Liste aller Volumenkörper und Operationen, die in ihm gruppiert sind. Die Liste „Bodies“ ist für einen Anwender zugänglich und kann erweitert oder verkürzt werden (weiße Felder). Die Eigenschaft „Part Body“ wird beim Erzeugen eines CATParts angelegt und muss immer einen Körper beinhalten. Aus diesem Grund kann der Hauptkörper eines CATParts weder gelöscht noch in eine tiefere Hierarchiestufe des Konstruktionsbaumes verschoben werden (graues Feld). Der Inhalt des Hauptkörpers ist für einen Anwender offen und kann verändert werden (grauweißes Feld). Tabelle 3.2: Beispiel für die interne Speicherung der Körper eines CATParts

Anwendersicht

Part-Knoten Eigenschaft

Inhalt

Part Body

„Hauptkörper“ (+)

Block.1 Bodies

„Positiver Körper“ (+) Block.2 „Negativer Körper“ (-) Tasche.1 Block.3

24

3.1 Körper erzeugen Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann ein Körper einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann (Abschnitt 3.1.4). Sind die Komponentennamen zweier Körper gleich, können diese nicht mehr unterschieden werden. Enthält der Hauptkörper an erster Position einen negativen Volumenkörper, widerspricht das seinem fest vorgemerkten positiven Vorzeichen. Ist ein Volumenkörper oder eine Operation eines Körpers fehlerhaft, ist auch der Körper defekt.

3.1.3

CATIA-Befehle

Ein Körper wird über die Schaltfläche „Körper“ der Symbolleiste „Einfügen“ oder die Funktion „Einfügen /Körper“ des Kopfmenüs erzeugt. Der eingefügte Körper wird in der Körperliste „Bodies“ des Part-Knotens ergänzt (vgl. Abschnitt 3.1.2) und im Konstruktionsbaum unter dem Körper eingefügt, der sich vor dem Einfügevorgang in Bearbeitung befand. Der eingefügte Körper wird automatisch in Bearbeitung gesetzt (Tabelle 3.3). Eine zweite Möglichkeit, einen Körper zu erzeugen, besteht darin, Elemente eines Körpers einem neu zu erzeugenden Körper zuzuweisen. Da hierbei zugleich eine Verknüpfung zwischen zwei Körpern entsteht, wird hierauf in Abschnitt 3.2 eingegangen. Vorher

Befehl

Nachher

Tabelle 3.3: Einfügen eines Körpers

Jeder positive Körper, der auf der ersten Hierarchieebene des Konstruktionsbaumes steht, kann als Hauptkörper deklariert werden. Hierzu wird der entsprechende Körper mit der rechten Maustaste selektiert und die Funktion „Objekt Körper/Hauptkörper ändern“ ausgeführt. Der selektierte Körper erhält die Bezeichnung „Hauptkörper“, der alte Hauptkörper wird umbenannt und erhält einen von System vergebenen Komponentennamen. Beide Körper tauschen ihre Position im Konstruktionsbaum. Ein Beispiel gibt Tabelle 3.4. Die linke Spalte zeigt im Ausgangszustand einen Konstruktionsbaum mit drei Körpern „Hauptkörper“, „Körper.3“ und „Körper.2“. „Körper.3“ soll als Hauptkörper deklariert werden. Nach der Ausführung des Befehls „Hauptkörper ändern“ tauschen „Körper.3“ und „Hauptkörper“ ihre Position im

25

3 CATIA-Basiswissen Konstruktionsbaum. „Körper.3“ wird in „Hauptkörper“ umbenannt, der alte Hauptkörper erhält einen vom System automatisch vergebenen Komponentennamen „Körper.1“. Tabelle 3.4: Neuen Hauptkörper definieren

Vorher

3.1.4

Befehl

Nachher

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Ist eine Eigenschaft eines Körpers (Abschnitt 3.1.2) defekt oder nicht zulässig, ist auch der entsprechende Körper fehlerhaft. Dieser Abschnitt stellt Fehlermeldungen und deren Ursachen dar, die bei der Änderung eines Körpers oder dessen Inhalts von CATIA gemeldet werden können. 3.1.4.1 „Name bereits verwendet (Name already used)“ Wird ein Körper umbenannt, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: Deutsch Englisch Bild 3.1: Beispiel eines Fehlers „Name bereits verwendet“

26

„Dieser Name wird bereits verwendet.“ „Name already used.“

3.1 Körper erzeugen Die Ursache dafür ist, dass der Komponentenname, den ein Körper erhalten soll, schon für einen anderen Körper verwendet wird. Im Beispiel von Bild 3.1 wurde versucht, den „Körper.5“ in „Rohteil“ umzubenennen. Der Komponentenname „Rohteil“ ist in der Liste „Bodies“ (Abschnitt 3.1.2) schon enthalten und kann damit nicht nochmals vergeben werden. Die einzige Lösung ist, einen anderen Komponentennamen zu vergeben. 3.1.4.2 „Operation überdenken (Reconsider operation)“ Soll im Hauptkörper der erste Volumenkörper gelöscht werden, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Bitte Operation überdenken: Dieses Element kann nicht gelöscht werden.“ „Please reconsider your operation: you can’t delete this element.“

Deutsch Englisch

Eine Ursache kann sein, dass der zweite Volumenkörper des Hauptkörpers ein negatives Vorzeichen besitzt (Tabelle 3.5, links). Würde der erste Volumenkörper gelöscht, stünde ein Volumenkörper mit negativem Vorzeichen an der ersten Position des Hauptkörpers. Ein Hauptkörper darf aber kein negatives Vorzeichen erhalten. Daher ist ein Löschvorgang dieser Art nicht erlaubt. Eine Lösung kann sein, den Hauptkörper zu duplizieren und im Duplikat den ersten Volumenkörper zu löschen. Nach dem Löschvorgang erhält das Duplikat ein negatives Vorzeichen (Tabelle 3.5, rechts). Lösung

Fehlerursache Schritt 1

Schritt 2

Tabelle 3.5: Beispiel eines Fehlers „Operation überdenken“

Der Block kann nicht gelöscht Der Hauptkörper wird kopiert und der erste Volumenkörper in werden, da sonst ein negativer der Kopie gelöscht. Volumenkörper an erster Position im Hauptkörper stünde.

Eine zweite Ursache beschreibt die Fehlermeldung „Operation überdenken“ in Abschnitt 3.2.4.3.

27

3 CATIA-Basiswissen 3.1.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung 3.1.

Aufgabenblatt 3.1

Lösungsblatt 3.1

Dauer 20 min

a) Bitte nennen Sie die drei Arten von Körpern, über die ein Volumenmodell verfügen kann. Über welche Parameter verfügt ein Körper? Wie unterscheiden sich die Parameter der drei Körperarten? b) Bitte öffnen Sie zwei leere CATParts und erzeugen Sie die im Aufgabenblatt abgebildeten Körper. Ändern Sie den Komponentennamen eines Körpers gemäß der Vorgabe. Warum gibt es bei dem rechten Beispiel Schwierigkeiten?

Übung 3.1: Körper erzeugen

3.2

Körper verknüpfen

Ein Körper (Abschnitt 2.4) kann über eine boolsche Operation (Boolean Shape) mit einem zweiten Körper, einem Volumenkörper oder zusammengesetzten Volumenkörper verknüpft werden. Eine boolsche Operation ist eine logische Vereinigung, Subtraktion oder Schnittmenge zweier Geometrien. Durch eine boolsche Operation wird der verknüpfte Körper ein Bestandteil eines zweiten Körpers. Auf eine boolsche Operation können im Konstruktionsbaum weitere Operationen oder Volumenkörper folgen. Tabelle 3.6 gibt hierzu zwei Beispiele: Die linke Spalte zeigt die unmittelbare Verknüpfung eines Körper mit einem zweiten. Der Körper „Körper.2“ ist direkt mit dem Körper „Hauptkörper“ verbunden. „Körper.2“ ist Bestandteil des Hauptkörpers. In der rechten Spalte ist der Körper „Körper.2“ mit einem Volumenkörper „Block.1“ verknüpft. Auf die boolsche Operation folgt eine Verrundungsoperation. Auch hier ist „Körper.2“ ein Bestandteil des Hauptkörpers. Die folgenden Abschnitte stellen dar, über welche Parameter eine boolsche Operation verfügt und wie eine boolsche Operation erzeugt wird.

28

3.2 Körper verknüpfen Verknüpfung mit einem Körper

3.2.1

Verknüpfung mit einem Volumenkörper

Tabelle 3.6: Möglichkeiten einer Verknüpfung eines Körpers

Parameter

Die Parameter einer boolschen Operation sind ihr Komponentenname, der durch sie verknüpfte Körper und die Art der Operation. Der Komponentenname ist die Bezeichnung der boolschen Operation. Er wird im Konstruktionsbaum rechts neben dem Symbol der Operation angezeigt und kann über die Eigenschaften der Operation geändert werden. Der verknüpfte Körper ist derjenige Körper, der über die boolsche Operation mit einem zweiten Körper oder einem Volumenkörper verknüpft ist. Im Konstruktionsbaum wird der verknüpfte Körper einer boolschen Operation unter deren Symbol angezeigt. Die Art einer boolschen Operation legt fest, ob die beteiligten Geometrien vereinigt, subtrahiert oder zum Schnitt gebracht werden. Jede Art einer boolschen Operation verfügt im Konstruktionsbaum über ein eigenes Symbol. Eine Übersicht der Arten und ihrer Symbole gibt Tabelle 3.7. Zur Veranschaulichung können die beiden Beispiele aus Tabelle 3.6 dienen. In beiden Fällen ist der Komponentenname „Hinzufügen.1“, der verknüpfte Körper „Körper.2“ und die Art der boolschen Operation „Hinzufügen“ (Add). Es wird jeweils eine Vereinigungsmenge der beteiligten Geometrien gebildet. Boolsche Operation

Beschreibung

Hinzufügen (Add)

Die Operation bildet die Vereinigungsmenge zweier Körper.

Zusammenbauen (Assemble)

Die Operation bildet die Vereinigungsmenge zweier Körper. Haben die Körper unterschiedliche Vorzeichen, werden diese subtrahiert.

Tabelle 3.7: Arten und Symbole boolscher Operationen

Verschneiden (Intersect) Die Operation bildet die Schnittmenge zweier Körper. Entfernen (Remove)

Die Operation subtrahiert einen Körper von einem anderen.

Vereinigen und Trimmen Die Operation bildet die Vereinigungsmenge zweier Körper und (Trim) entfernt zugleich einen Teilkörper.

29

3 CATIA-Basiswissen 3.2.2

Interne Arbeitsweise von CATIA

Eine boolsche Operation ist im internen Datenmodell durch ein Objekt „Boolean Shape“ repräsentiert. Das Objekt verfügt über die zwei Eigenschaften „Name“ und „Körper“. Die Eigenschaft „Körper“ speichert den Körper, der durch die Operation verknüpft ist. „Name“ beinhaltet den Komponentennamen der Operation. In der internen Objekthierarchie zählt eine boolsche Operation wiederum als ein massives Volumenelement (Shape), auf dem weitere Operationen angewendet werden können oder das im Konstruktionsbaum in Bearbeitung gesetzt werden kann. Tabelle 3.8 zeigt in einem Beispiel die interne Speicherung einer boolschen Operation: Es seien zwei Körper „Hauptkörper“ und „Körper.2“ mit jeweils einem Volumenkörper des Typs „Block“ gegeben. „Körper.2“ sei mit dem Block des Hauptkörpers über eine boolsche Operation verknüpft (linke Spalte). In den zwei Eigenschaften der Operation „Name“ und „Körper“ sind der Körper „Körper.2“ und der Komponentenname „Hinzufügen.1“ hinterlegt (untere Zeilen). Da die Operation wiederum als Volumenelement zählt, wird sie in der Elementliste „Shapes“ des übergeordneten Körpers „Hauptkörper“ mit aufgeführt (obere Zeilen). Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine boolsche Operation einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann (Abschnitt 3.2.4). Ist der verknüpfte Körper defekt, ist auch die Operation fehlerhaft. Wird durch die Operation kein gültiges massives Volumenelement (Shape) erzeugt, weist die Operation einen Definitionsfehler auf. Tabelle 3.8: Beispiel für die interne Speicherung einer boolschen Operation

Interne Speicherung

Anwendersicht Objekte

Eigenschaft

Inhalt

Hauptkörper

Name

Hauptkörper

Shapes

Block.1 Hinzufügen.1

Name

Hinzufügen.1

Körper

Körper.2

Boolean Shape

3.2.3

CATIA-Befehle

Eine boolsche Operation wird über eine Schaltfläche der Symbolleiste „Boolsche Operationen“ erzeugt. Hierzu werden der einzufügende Körper und das entsprechende Schaltflächensymbol nacheinander selektiert (Tabelle 3.9, links und Mitte). Alternativ kann im Konstruktionsbaum der einzufügende Körper mit der rechten Maustaste indiziert und im Kontextmenü des Körpers über den Menüpunkt „Objekt Körper“ eine boolsche Operation ausgewählt werden (vgl. Tabelle 3.4, Mitte).

30

3.2 Körper verknüpfen In beiden Fällen wird ein Fenster geöffnet, dessen Titel die Art der Operation anzeigt und in dem der Körper oder der Volumenkörper deklariert werden kann, mit dem der einzufügende Körper verknüpft werden soll (Tabelle 3.9, Mitte). Jener Körper oder Volumenkörper wird im Feld „Nach“ angezeigt. Eine Selektion der Schaltfläche „OK“ beendet den Dialog. Im Beispiel von Tabelle 3.9 wird der Körper „Körper.2“ mit dem Hauptkörper über eine boolsche Operation des Typs „Zusammenbauen“ verknüpft. Das Feld „Zusammenbauen“ und der Titel des Fensters werden automatisch vom Dialog gefüllt. Die beiden Informationen sind durch die Selektion des Körpers „Körper.2“ und der Schaltfläche „Zusammenbauen“ schon gegeben. Im Feld „Nach“ wird als Einfügestelle der Operation der Hauptkörper deklariert. Nach Abschluss des Dialoges wird die Operation direkt nach dem Hauptkörper eingefügt. Vorher

Befehl

Nachher

Tabelle 3.9: Beispiel der Verknüpfung eines vorhandenen Körpers

CATIA bietet über die Schaltfläche „Komponenten zusammenbauen“ der Symbolleiste „Einfügen“ eine zweite Möglichkeit, eine boolsche Operation zu erzeugen. Der Befehl erstellt eine boolsche Operation des Typs „Zusammenbauen“ und zugleich den Körper der Operation. Um den Befehl anzuwenden, wird zuerst der Körper aktiviert, in dem die boolsche Operation erstellt werden soll. Im zweiten Schritt werden die Elemente des Körpers selektiert, die dem neuen Körper zugeordnet sein sollen (Tabelle 3.10, links). Eine Selektion der Schaltfläche „Komponenten zusammenbauen“ führt den Befehl aus. Es wird ein neuer Körper erzeugt, diesem die selektierten Elemente zugewiesen und eine boolsche Operation „Zusammenbauen“ erstellt (Tabelle 3.10, rechts). Im Beispiel von Tabelle 3.10 sollen die beiden Elemente „Block.2“ und „Kantenverrundung.1“ einem neuen Körper zugeordnet und dieser mit dem „Block.1“ des Hauptkörpers verknüpft werden. Der Hauptkörper wird aktiviert, die beiden Elemente selektiert und die Schaltfläche „Komponenten zusammenbauen“ betätigt. CATIA erstellt in einem Schritt einen neuen Körper „Körper.2“, ordnet diesem die zwei selektierten Elemente zu und verknüpft diesen mit dem „Block.1“ des Hauptkörpers.

31

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.10: Beispiel der Erzeugung einer boolschen Operation und eines neuen Körpers

Vorher

Befehl

Nachher

Das Vorzeichen eines Körpers beeinflusst das Ergebnis einer boolschen Operation. Bei den Operationen „Hinzufügen“, „Verschneiden“, „Entfernen“ und „Vereinigen und Trimmen“ bestimmt das Vorzeichen des jeweils übergeordneten Körpers das Vorzeichen des Ergebnisses. Bei der Berechnung der Geometrie wird das Vorzeichen beider Körper ignoriert. Eine Ausnahme bildet die Operation „Zusammenbauen“, die das Vorzeichen eines Körpers auch schon bei der Berechnung der Geometrie berücksichtigt. Aus diesem Grunde erfolgt hier bei unterschiedlichen Vorzeichen eine geometrische Subtraktion. Das Ergebnis der Operation erhält wiederum das Vorzeichen des übergeordneten Körpers. Tabelle 3.11 gibt hierzu drei Beispiele, in denen ein negativer Körper mit einem positiven Körper durch eine boolsche Operation verknüpft ist. Im Ausgangszustand liegen zwei unabhängige Körper vor (Tabelle 3.11-1, links). Der negative Körper ist dunkelblau eingefärbt, der positive hellblau. Die Operationen „Hinzufügen“ und „Verschneiden“ vereinigen bzw. verschneiden die Geometrien, ohne das Vorzeichen zu berücksichtigen (Tabelle 3.11-1 und –2, jeweils rechts). Das Ergebnis im ersten Fall ist die Vereinigungsmenge beider Geometrien, im zweiten Fall die Schnittmenge. Die Operation „Zusammenbauen“ berücksichtigt das Vorzeichen, so dass eine geometrische Subtraktion erfolgt (Tabelle 3.11-2, links). Tabelle 3.11-1: Operationen mit Körpern unterschiedlichen Vorzeichens

32

Ausgangssituation

Operation „Hinzufügen“

3.2 Körper verknüpfen Operation „Zusammenbauen“

3.2.4

Operation „Verschneiden“

Tabelle 3.11-2: Operationen mit Körpern unterschiedlichen Vorzeichens

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Dieser Abschnitt stellt Fehlermeldungen dar, die bezüglich der Verknüpfung zweier Körper von CATIA gemeldet werden können. Wesentliche Gründe sind, dass durch eine Verknüpfung keine Volumengeometrie entsteht oder einer der beteiligten Körper einen Defekt aufweist (Abschnitt 3.2.2). Zu jeder Fehlermeldung wird neben der Fehlerursache ein Vorschlag zur Beseitigung oder Vermeidung beschrieben. 3.2.4.1 „Komponente nicht verwendbar (Can’t use this feature)“ Werden zwei Körper miteinander verknüpft, so kann vom System folgender Hinweis gemeldet werden: „Körper: Diese Komponente kann nicht verwendet werden.“ „Body: you can’t use this feature.“

Deutsch Englisch

Der Grund liegt darin, dass bei einer boolschen Verknüpfung immer mindestens einer der beiden Körper Geometrie beinhalten muss. Eine Lösung ist daher, zuerst in einem der beiden beteiligten Körper Geometrie zu erzeugen, bevor die boolsche Operation angewendet wird (Tabelle 3.12). Fehlerursache

Lösung 1

Lösung 2

Tabelle 3.12: Beispiel eines Fehlers „Komponente nicht verwendbar“

Der Körper „Körper“ kann nicht mit dem Es wird entweder im Hauptkörper (links) oder im KörHauptkörper über eine boolsche Operati- per „Körper“ (rechts) Geometrie erstellt, bevor die Köron verknüpft werden, da beide Körper per durch eine boolsche Operation verknüpft werden. ohne geometrischen Inhalt sind.

33

3 CATIA-Basiswissen 3.2.4.2 „Kein sich ergebendes Element (No resulting element)“ Wird in einem Körper, der mittels einer boolschen Operation mit einem anderen Körper verknüpft ist, Geometrie gelöscht, so kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: Deutsch Englisch

„Kein sich ergebendes Element: Die beiden bearbeiteten Körper haben keine Geometrie.“ „No resulting element: the two operated bodies have no geometry.“ Der Grund liegt darin, dass bei einer boolschen Verknüpfung immer mindestens einer der beiden Körper Geometrie beinhalten muss. Eine Lösung ist daher, zuerst die Verknüpfung zu löschen, bevor die Geometrie entfernt wird (Tabelle 3.13).

Tabelle 3.13: Beispiel eines Fehlers „Kein sich ergebendes Element“

Fehlerursache

Lösung Schritt 1

Es wurde der letzte Volumenkörper des Körpers „Körper“ gelöscht. Dadurch ist die Operation „Hinzufügen.1“ nicht mehr korrekt definiert.

Schritt 2

Bevor der Volumenkörper entfernt wird, wird die Verknüpfung zwischen den beteiligten Körpern gelöst (links). Anschließend kann der Volumenkörper gelöscht werden (rechts).

3.2.4.3 „Operation überdenken (Reconsider operation)“ Soll im Hauptkörper ein Volumenkörper gelöscht werden und ist der Hauptkörper mit einem weiteren Körper über eine boolsche Operation verknüpft, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: Deutsch Englisch

„Bitte Operation überdenken: Dieses Element kann nicht gelöscht werden.“ „Please reconsider your operation: you can’t delete this element.“ Eine Ursache ist, dass durch den Löschvorgang der Hauptkörper nur noch die boolsche Operation ohne Geometrie beinhalten würde (Tabelle 3.14, links). Eine Lösung ist, die boolsche Operation zu entfernen und dann den Volumenkörper zu löschen (Tabelle 3.14, rechts). Eine weitere Ursache beschreibt die Fehlermeldung „Operation überdenken“ in Abschnitt 3.1.4.

34

3.2 Körper verknüpfen Lösung

Fehlerursache Schritt 1

Schritt 2

Tabelle 3.14: Beispiel eines Fehlers „Operation überdenken“

Der Hauptkörper würde durch das Löschen Die boolsche Operation wird gelöscht (links). Anvon „Block.1“ eine boolsche Operation ohne schließend kann der Volumenkörper „Block.1“ aus Geometrie beinhalten. Das ist nicht erlaubt. dem Hauptkörper entfernt werden (rechts).

3.2.4.4 „Element nicht mehr erkannt (Element no longer recognized)“ Wird die boolsche Operation „Vereinigen und Trimmen“ verwendet und ein Volumenkörper oder zusammengesetzter Volumenkörper geändert, der sich in einem der beiden beteiligten Körper befindet, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: „Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“

Deutsch Englisch

Die Ursache ist, dass durch die Änderung ein Geometrieelement entfallen ist, über welche die Trimmung definiert wurde. CATIA kann in diesem Fall das Element nicht mehr zuordnen (Tabelle 3.15, links). Eine Lösung ist, die boolsche Operation durch Doppelklicken zu editieren und das fehlende Element manuell neu zu deklarieren (Tabelle 3.15, rechts). Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.15: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche nicht mehr erkannt“

Durch eine geometrische Änderung ist eine Teilflä- Die boolsche Operation wird durch Doppelkliche entfallen, die in der Operation „Trimmen“ ver- cken editiert und die Teilfläche neu deklawendet wurde. riert.

35

3 CATIA-Basiswissen 3.2.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung 3.2. Übung 3.2: Körper verknüpfen

Aufgabenblatt 3.2

Lösungsblatt 3.2

a) Bitte beurteilen Sie die im Aufgabenblatt aufgeführten Aussagen auf Richtigkeit. b) Bewerten Sie eine richtige Aussage mit „Wahr“ und eine falsche mit „Falsch“.

Dauer 20 min

3.3

Skizze und Kontur erzeugen

Eine Skizze ist ein geometrisches Element, das eine oder mehrere Konturen (Abschnitt 2.2) oder Hilfsgeometrie beinhaltet. Eine Skizze wird nicht in der Arbeitsumgebung „Part Design“ erzeugt, sondern in einer eigenständigen Arbeitsumgebung „Skizzierer“ (Sketcher). Der Skizzierer ist ein Werkzeug, das Funktionen speziell zur Erzeugung von 2D-Drahtgeometrie bereitstellt. In den folgenden Abschnitten ist dargestellt, wie eine Skizze erzeugt wird.

3.3.1

Parameter

Die Parameter einer Skizze sind deren Typ, sowie Ursprungs-, Bezugs-, Geometrieund Bedingungselemente. In seltenen Fällen verfügt eine Skizze über zwei weitere Parameter: Verwendete Kanten und Ausgabekomponenten. Alle Parameter werden im folgenden ausführlich erläutert. Die Ursprungselemente einer Skizze sind deren horizontale und vertikale Achse sowie deren Ursprungspunkt. Im Konstruktionsbaum werden die Ursprungselemente in dem Teilbereich „Absolute Achsen“ unterhalb des Skizzensymbols dargestellt, im Geometriefenster durch einen gelben Punkt und zwei gelbe Pfeile, die mit „V“ und „H“ beschriftet sind. „H“ markiert die horizontale Achse, „V“ die vertikale (Tabelle 3.17, links und rechts, Seite 38).

36

3.3 Skizze und Kontur erzeugen Die Bezugselemente beschreiben die Ausrichtung einer Skizze im Raum. Ein Bezugselement ist ein geometrisches Element, das zur Positionierung der Skizzenebene, des Ursprungspunktes und der Skizzenachsen verwendet wird. Ein Bezugselement ist im Konstruktionsbaum einer Skizze nicht sichtbar. Der Typ einer Skizze legt fest, welche Bezugselemente der Skizze aktiviert sind. Es wird prinzipiell zwischen drei Skizzentypen unterschieden: gleitenden, positionierten und isolierten Skizzen. Eine gleitende Skizze besitzt nur ein Bezugselement, das die Skizzenebene festlegt. Der Ursprungspunkt und die Skizzenachsen werden in diesem Fall an denjenigen des Bezugselementes orientiert. Eine positionierte Skizze kann zusätzlich über Bezugselemente für den Ursprungspunkt und die Skizzenachsen verfügen. Eine isolierte Skizze besitzt keine Bezugselemente. Die Geometrieelemente einer Skizze sind ihr geometrischer Inhalt. Geometrischer Inhalt können Punkte, Linien, Kreise und Kurven sein. Jedes Element kann als Konstruktions- oder Standardelement definiert werden. Ein Konstruktionselement wird bei der Erzeugung eines Volumenkörpers aus einer Skizze nicht berücksichtigt, sondern dazu verwendet Hilfsgeometrie abzubilden. Ein Element, das keine Hilfsgeometrie ist, heißt Standardelement. Ein Standardelement wird im Geometriefenster als Volllinie oder Vollpunkt, ein Konstruktionselement als gestrichelte Linie oder dünner Punkt dargestellt. Eine Kontur einer Skizze ist immer aus Standardelementen aufgebaut. Im Konstruktionsbaum sind die Geometrieelemente im Teilbereich „Geometrie“ abgelegt (Tabelle 3.17, links). Bedingungselemente sind Maße und geometrische Bezüge. Ein Maß definiert die Abmessung oder Lage eines Geometrieelementes und besitzt einen Wert für die Größe des Maßes. Ein geometrischer Bezug positioniert ein Geometrieelement relativ zu einem zweiten Geometrieelement oder einem Ursprungselement. Ein Bedingungselement wird im Geometriefenster unmittelbar an seinem Geometrieelement dargestellt, im Konstruktionsbaum ist es im Teilbereich „Bedingungen“ abgelegt (Tabelle 3.17, links). Tabelle 3.16 (Seite 38) gibt eine Aufstellung der Bedingungselemente einer Skizze. Das erste Symbol zeigt die Darstellung eines Bedingungselementes im Konstruktionsbaum, das zweite die Darstellung im Geometriefenster. Die Anzahl beschreibt, wie viele Geometrieelemente durch ein Bedingungselement verknüpft sind. Ein Beispiel, wie die Ursprungs-, Geometrie- und Bedingungselemente einer Skizze im Konstruktionsbaum und im Geometriefenster angezeigt werden, gibt Tabelle 3.17. Die abgebildete Skizze verfügt über zwei rechteckige Konturen und zwei Hilfslinien, die als Konstruktionselemente definiert sind. Der obere rechte Eckpunkt der äußeren Kontur ist über zwei Bedingungselemente des Typs „Abstand“ zu den Hilfslinien positioniert. In seltenen Fällen speichert eine Skizze zu einem Geometrieelement weitere Parameter. Ist ein Geometrieelement durch eine Verschneidung oder eine Projektion eines 3D-Elementes entstanden, wird dies als verwendete Kante einer Skizze vermerkt. Verwendete Kanten werden in der Sektion „Kanten verwenden“ des Konstruktionsbaumes angezeigt (Bild 3.2, Seite 39).

37

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.16: Aufstellung der Bedingungselemente einer Skizze

Maße Art

Anzahl

Abstand

2

Baum

Geometrische Bezüge 3D

Art

Anzahl Baum

Äquidistanz

3

Durchmesser 1

Fixierung

1

Länge

1

Kongruenz

2

Radius

1

Konzentrizität 2

Winkel

2

Mittelpunkt

2

Parallelität

2/1/1

3D

Orthogonalität 2

Tabelle 3.17: Darstellung der Parameter einer Skizze

Im Konstruktionsbaum

Symmetrie

3

Tangentialität

2

Im Geometriefenster

Eine zweite Gruppe von Zusatzinformationen sind die Ausgabekomponenten einer Skizze. Ausgabekomponenten (Outputs) sind speziell markierte Geometrieelemente, die unabhängig von den anderen Elementen einer Skizze aktualisiert werden. Das reduziert die Aktualisierungszeit eines CAD-Modells, wenn eine Skizze als Steuergeometrie verwendet wird (vgl. Abschnitt 4.3), da im Änderungsfall nicht die ge-

38

3.3 Skizze und Kontur erzeugen samte Geometrie neu berechnet werden muss. Die als Ausgabekomponenten markierten Geometrieelemente werden in den Sektionen „Ausgaben“ und „Geometrie“ des Konstruktionsbaumes angezeigt. Im 3D-Fenster sind Ausgabekomponenten durch eine vergrößerte Strichstärke gekennzeichnet. Bild 3.2: Darstellung verwendeter Kanten und Ausgaben im Konstruktionsbaum einer Skizze

3.3.2

Interne Arbeitsweise von CATIA

CATIA intern ist eine Skizze über ein Objekt „Sketch“ abgebildet. Das Objekt verfügt über zahlreiche Eigenschaften, welche die Parameter einer Skizze speichern (Tabelle 3.18, Seite 40): Der Typ einer Skizze ist in der Eigenschaft „Type“ hinterlegt (1. Zeile, rechts). Die Eigenschaft kann die Werte „Gleitend“, „Positioniert“ oder „Isoliert“ annehmen. In den Eigenschaften „Reference Support“, „Reference Origin“ und „Reference Axis“ sind die Bezugselemente einer Skizze gespeichert (Zeilen 2 bis 4, rechts). „Reference Support“ speichert die Bezugselemente der Skizzenebene, „Reference Origin“ diejenigen des Ursprungspunktes und „Reference Axis“ diejenige der V- oder H-Achse. Ist der Skizzentyp „Gleitend“, sind die Eigenschaften „Reference Origin“ und „Reference Axis“ deaktiviert (graue Felder). Ist der Skizzentyp „Isoliert“, sind alle drei Eigenschaften gesperrt. Die Ursprungselemente sind in der Eigenschaft „Absolute Axis“ gespeichert. Die Ursprungselemente werden beim Erzeugen einer Skizze automatisch angelegt (Zeilen 5 bis 7, rechts). Die Lage der Ursprungselemente ist CATIA intern zusätzlich in einem Wertefeld „Absolute Axis Data“ abgelegt, das die Koordinaten des Ursprungspunktes und die Richtungsvektoren der H- und V-Achse beinhaltet (Zeile 8). Wird eine positionierte Skizze erzeugt, hat ein Anwender in einigen Definitionsfällen einen direkten Zugriff auf das Wertefeld. In den übrigen Fällen ist es nicht sichtbar (graues Feld). Das Wertefeld wird benötigt, um die Ausrichtung einer isolierten Skizze zu beschreiben. Die Geometrieelemente sind in der Eigenschaft „Geometric Elements“ hinterlegt. Für jede Kurve wird immer ein Start- und Endpunkt gespeichert, sofern sie nicht geschlossen ist. Für jedes Geometrieelement ist vermerkt, ob es sich um ein Standard- oder Konstruktionselement handelt (Zeilen 10 bis 15, rechts).

39

3 CATIA-Basiswissen Ist ein Geometrieelement als Mittellinie erzeugt worden, wird dies in der Eigenschaft „Center Line“ vermerkt. Da die Eigenschaft „Center Line“ nur über einen Speicherplatz verfügt, kann immer nur ein geometrisches Element als Mittellinie deklariert sein (Zeile 9, rechts). Eine Mittellinie ist im Geometriefenster strichpunktiert dargestellt (Bild 3.3, rechte Linie). Tabelle 3.18: Beispiel für die interne Speicherung einer Skizze (vereinfachte Darstellung)

Anwendersicht

Interne Speicherung des Objektes „Sketch“ Eigenschaft

Inhalt

Type

Gleitend

Reference Support

XY-Ebene

Reference Origin

nicht verwendet

Reference Axis

nicht verwendet

Absolute Axis

Ursprungspunkt

Status

Aktiviert

H-Achse V-Achse Absolute Axis Data

(0; 0; 0), (1; 0; 0), (0; 1; 0)

Center Line

Linie.2

Geometric Elements Linie.1

Constraints

Standardelement

Punkt.1

Standardelement

Punkt.2

Standardelement

Linie.2

Standardelement

Punkt.3

Standardelement

Punkt.4

Standardelement

Parallelität.1

Aktiviert

Parallelität.2

Inaktiviert

Die Bedingungselemente und ihr Aktivierungszustand sind in der Eigenschaft „Constraints“ gespeichert (Zeilen 16 und 17, rechts). Eine inaktive Bedingung wird im Konstruktionsbaum durch ein rotes Symbol (Tabelle 3.18, links), im Geometriefenster durch eine weiße Farbe gekennzeichnet (Bild 3.3, rechts).

40

3.3 Skizze und Kontur erzeugen Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Skizze einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann (Abschnitt 3.3.3.4). Sind die Bezugselemente einer Skizze defekt, ungültig oder nicht mehr vorhanden, ist auch eine Skizze nicht definiert. Ist ein Geometrie- oder Bedingungselement defekt, wiest auch die Skizze einen Aktualisierungsfehler auf. Bild 3.3: Geometriefenster des Beispiels aus Tabelle 3.18 bei ausgeblendetem Skizzengitter

3.3.3

CATIA-Befehle

Die Befehle zum Erzeugen einer Skizze und Kontur mit dem Skizzierer können in vier Blöcke gegliedert werden: • Skizze erzeugen und ändern, • Geometrieelemente erzeugen, • Bedingungselemente erzeugen und • Skizze analysieren. Die Themenbereiche werden in den folgenden Abschnitten erläutert. Generell seien folgende Hinweise gegeben: Während der Skizzierer geöffnet ist, kann die Ansicht des Skizzenfenster durch eine Selektion der Schaltfläche „Senkrechte Ansicht“ der Symbolleiste „Ansicht“ jederzeit parallel zur Skizzenebene orientiert werden. Soll die 3D-Geometrie eines Volumenmodells an der Skizzenebene geschnitten dargestellt werden, kann die Schaltfläche „Teil durch Skizzierer-Ebene schneiden“ der Symbolleiste „Tools“ selektiert werden. Der Skizzierer wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Umgebung verlassen“ der Symbolleiste „Umgebungen“ beendet. CATIA schließt den Skizzierer und springt die in Arbeitsumgebung „Part Design“ zurück.

41

3 CATIA-Basiswissen 3.3.3.1 Skizze erzeugen und ändern Die Erzeugung einer Skizze wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Skizzierer“ oder „Skizze mit Definition einer absoluten Achse“ der Symbolleiste „Skizzierer“ in der Arbeitsumgebung „Part Design“ eingeleitet. Die beiden Schaltflächen unterscheiden sich durch die Definitionsmöglichkeiten der Bezugs- und Ursprungselemente. Wird die Schaltfläche „Skizzierer“ verwendet, wird eine Skizze des Typs „Gleitend“ (Abschnitt 3.3.1) mit einer Ebene oder planaren Fläche als Bezugselement erzeugt. Die Schaltfläche und das Bezugselement können in beliebiger Reihenfolge selektiert werden. Ist das Bezugselement vor der Selektion der Schaltfläche ausgewählt worden, springt CATIA automatisch in den Skizzierer. Ansonsten muss nach der Selektion der Schaltfläche ein entsprechendes Element selektiert werden (Tabelle 3.19, Mitte). Die Ebene oder planare Fläche wird als Bezugselement der Skizze in der Eigenschaft „Reference Support“ gespeichert (Abschnitt 3.3.2). Das Objekt der Skizze wird im Konstruktionsbaum nach der Position angelegt, die sich vor dem Aufruf der Schaltfläche in Bearbeitung befand (Tabelle 3.19, links und rechts). Die Ursprungselemente der Skizze werden automatisch erzeugt. Die Erzeugung des Ursprungspunktes erfolgt über eine Projektion des Ursprungspunktes des Bezugselementes in die Skizzierebene. Die Ursprungsachsen werden an den Ursprungselementen des Bezugselementes orientiert. Einige Volumenkörperarten bieten innerhalb ihres Erzeugungsdialoges auch eine Schaltfläche „Skizzierer“ an. Die beiden Schaltflächen sind gleichwertig. Wird eine Schaltfläche innerhalb eines Volumenkörperdialoges verwendet, wird die erzeugte Skizze automatisch als Elterngeometrie des Volumenkörpers referenziert. Tabelle 3.19: Beispiel für das Erzeugen einer gleitenden Skizze über die Schaltfläche „Skizzierer“

Vorher

Befehl

Nachher

+

Wird die Schaltfläche „Skizze mit Definition einer absoluten Achse“ verwendet, öffnet sich ein Fenster „Sketch Positioning“, in dem die Parameter der Skizze definiert werden (Bild 3.4). Der Typ der Skizze wird im Auswahlfeld „Typ“ festgelegt. Es kann zwischen den Werten „Gleitend“ und „Positioniert“ gewählt werden (Abschnitt 3.3.1).

42

3.3 Skizze und Kontur erzeugen Ist der Typ der Skizze „Gleitend“, entspricht die Skizzendefinition derjenigen, die über die Schaltfläche „Skizzierer“ vorgenommen wird. Im Feld „Stützelement der Skizze /Referenz“ wird eine Ebene oder planare Fläche als Bezugselement deklariert. Alle weiteren Felder und Optionen des Fensters „Sketch Positioning“ sind für eine Eingabe gesperrt. Bild 3.4: Parameterfenster einer Skizze mit Definition einer absoluten Achse

Ist der Skizzentyp „Positioniert“, werden die Felder und Optionen des Fensters „Sketch Positioning“ freigeschaltet, sobald Bezugselemente im Feld „Stützelement der Skizze/Referenz“ deklariert sind. Als Stützelemente können eine Ebene, planare Fläche oder zwei koplanare Linien verwendet werden. Der Skizzentyp „Positioniert“ kann anschließend in den Auswahlfeldern „Typ“ der Bereiche „Ursprung“ und „Ausrichtung“ genauer spezifiziert werden. Das Auswahlfeld „Typ“ des Bereichs „Ursprung“ legt fest, wie der Ursprungspunkt der Skizze ermittelt wird. Als Werte stehen „Implizit“, „Teileursprung“, „Projektionspunkt“, „Verschneidung mit 2 Linien“, „Kurvenverschneidung“, „Mittelpunkt“ und „Schwerpunkt“ zur Verfügung. Im Feld „Referenz“ werden die zugehörigen Bezugselemente deklariert. • „Implizit“ legt fest, dass die Lage des Ursprungspunktes durch eine Projektion des Ursprungs des Stützelementes auf die Skizzenebene definiert ist. Ist das Stützelement über zwei koplanare Linien definiert, ist der Ursprungspunkt deren Schnittpunkt. • Ist der Typ „Teileursprung“, wird die Lage des Ursprungspunktes durch eine Projektion des Nullpunktes des CATParts, in dem sich die Skizze befindet, auf die Skizzenebene ermittelt.

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3 CATIA-Basiswissen • Wird als Typ „Projektionspunkt“ verwendet, kann der Punkt, dessen Projektion auf die Skizzenebene den Ursprungspunkt der Skizze festlegt, frei definiert werden. • Beim Typ „Verschneidung mit 2 Linien“ wird die Lage des Ursprungspunktes durch eine Projektion des Schnittpunktes zweier Linien auf die Skizzenebene definiert. • Im Fall einer „Kurvenverschneidung“ ist der Ursprungspunkt der Skizze der Schnittpunkt aus der Skizzenebene und einer Kurve. • Der Typ „Mittelpunkt“ bestimmt, dass die Lage des Ursprungspunktes durch eine Projektion des Mittelpunktes einer Kurve auf die Skizzenebene ermittelt wird. • „Schwerpunkt“ legt fest, dass die Lage des Ursprungspunktes durch eine Projektion des Schwerpunktes einer Fläche auf die Skizzenebene definiert ist. Das Auswahlfeld „Typ“ des Bereichs „Ausrichtung“ legt fest, wie die H- oder VAchse der Skizze ausgerichtet ist. Über die Optionen „V-Richtung“ und „HRichtung“ wird die Skizzenachse definiert, auf die sich das Bezugselement des Bereichs bezieht. Über die Selektionsboxen „H umkehren“, „V umkehren“ und „umschalten“ kann die Ausrichtung der H- oder V-Achse invertiert oder beide Achsen getauscht werden. Als Typen stehen „Implizit“, „X-Achse“, „Y-Achse“, „Z-Achse“, „Komponenten“, „Durch Punkt“, „Parallel zu Linie“ und „Verscheidungsebene“ zur Verfügung. Im Feld „Referenz“ wird das zugehörige Bezugselement deklariert. • „Implizit“ legt fest, dass die Skizzenachsen an dem Stützelement der Skizze orientiert sind. Ist das Stützelement eine Ebene oder planare Fläche, werden die Achsen direkt übernommen. Besteht das Stützelement aus zwei Linien, bestimmt die erste Linie die Lage der über die Optionen festgelegten Skizzenachse, die zweite die Orientierung der zweiten Achse. Beide Achsen stehen immer senkrecht zueinander. • Ist der Typ „X-Achse“, „Y-Achse“ oder „Z-Achse“, erfolgt die Orientierung der Skizzenachse durch eine Projektion der X-, Y- oder Z-Achse auf die Skizzenebene. • Wird als Typ „Komponenten“ verwendet, kann ein Anwender einen Vektor über drei Koordinaten definieren, dessen Projektion auf die Skizzenebene die Ausrichtung der Skizzenachse festlegt. Liegt der Vektor parallel zur Skizzenebene, entsprechen die Werte des Vektors denen der entsprechenden Achse im internen Wertefeld „Absolute Axis Data“ der Skizze (Abschnitt 3.3.2). • Beim Typ „Punkt“ wird die Lage der Skizzenachse durch die Projektion eines Punktes auf die Skizzenebene ausgerichtet. Die Achse zeigt vom Skizzenursprung auf den Projektionspunkt. • Im Fall „Parallel zu Linie“ ist das Bezugselement eine Linie, die auf die Skizzenebene projiziert wird, um die Ausrichtung der Skizzenachse festzulegen. • Ist der Typ „Verschneidungsebene“, erfolgt die Ausrichtung der Skizzenachse parallel zur Schnittkurve zwischen einer Ebene und der Skizzenebene.

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3.3 Skizze und Kontur erzeugen Ist der Typ der Skizze spezifiziert und die Bezugselemente definiert, wird die Skizze über eine Selektion der Schaltfläche „OK“ des Fensters „Sketch Positioning“ erzeugt. CATIA wechselt aus der Arbeitsumgebung „Part Design“ in den Skizzierer. Im Konstruktionsbaum wird die Skizze unterhalb der Stelle eingefügt, die sich vor der Skizzenerzeugung in Bearbeitung befand (analog Tabelle 3.19). Nachdem die Skizze erzeugt ist, können über die Funktionen des Skizzierers die Geometrie- und Bedingungselemente der Skizze erstellt werden (Abschnitte 3.3.3.2 und 3.3.3.3). Ist im Fenster „Sketch Positioning“ die Option „Geometrie verschieben“ (Bild 3.4, unten) aktiviert worden, wird die relative Lage einer Geometrie zu dem Ursprungspunkt und den Achsen der Skizze immer beibehalten, auch wenn keine Bedingungselemente definiert sind. Der Ursprungspunkt und die Achsen einer Skizze können sich ändern, wenn nachträglich der Typ oder die Bezugselemente der Skizze geändert werden. Ein Bezugselement einer Skizze kann nach deren Erzeugung geändert werden, indem ein anderes Bezugselement definiert wird. Hierzu wird eine Skizze im Konstruktionsbaum mit der rechten Maustaste selektiert und der Befehl „Objekt Skizze /Stützelement für Skizze ändern“ ausgeführt (Tabelle 3.20, Mitte). Es öffnet sich das Fenster „Sketch Positioning“, in dem das neue Bezugselement deklariert wird. Die Skizze ist anschließend über das neue Bezugselement positioniert (Tabelle 3.20, rechts). Analog kann eine Skizze isoliert werden. In diesem Fall wird im Fenster „Sketch Positioning“ als Typ der Skizze „Isoliert“ ausgewählt. Alle Bezugselemente der Skizze werden durch diesen Vorgang aus der Skizzendefinition gelöscht. Soll der geometrische Inhalt einer Skizze geändert werden, wird die Skizze geöffnet, indem in beliebiger Reihenfolge die Skizze im Konstruktionsbaum selektiert und die Schaltfläche „Skizzierer“ der Symbolleiste „Skizzierer“ betätigt wird. Alternativ kann eine Doppelselektion der Skizze im Konstruktionsbaum erfolgen. Vorher

Befehl

Nachher

Tabelle 3.20: Beispiel für das Ändern eines Bezugselementes einer Skizze

3.3.3.2 Geometrieelemente erzeugen Die Geometrieelemente einer Skizze werden über die Schaltflächen der Symbolleisten „Profil“ und „Operation“ erzeugt. Die Symbolleiste „Profil“ stellt Schaltflächen

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3 CATIA-Basiswissen zum Erzeugen von Punkten, Linien, Kreisen und Kurven zur Verfügung, die Symbolleiste „Operation“ Schaltflächen zum Verknüpfen, Vervielfältigen oder Ändern von Geometrieelementen. Wenn eine Funktion der Symbolleisten „Profil“ und „Operation“ angewendet wird, sollte immer parallel dazu die Symbolleiste „Tools“ im Auge behalten werden. Die Symbolleiste „Tools“ verändert sich, je nachdem welche Funktion aktiviert ist, und bietet Möglichkeiten an, die Anwendung einer Funktion zu spezifizieren. Die Symbolleiste „Profil“ verfügt über eine breite Auswahl an Schaltflächen, um ein Geometrieelement zu erzeugen. Viele Geometriearten besitzen Untermenüs, die über eine Selektion des jeweiligen schwarzen Dreiecks unterhalb des Symbols einer Geometrieart geöffnet werden können. Tabelle 3.21 gibt eine Aufstellung aller Schaltflächen der Symbolleiste „Profil“. Ein Kurvenzug wird über die Schaltfläche „Profil“ erzeugt. Jede Selektion eines Anwenders setzt einen Punkt des Kurvenzuges und verbindet diesen über eine Linie mit dem vorhergehenden Selektionspunkt. Wenn während der Selektion die linke Maustaste festgehalten und die Maus ein wenig verschoben wird, erstellt CATIA einen Kreisbogen, der tangential an die zuletzt erzeugte Linie angrenzt. Der letzte Punkt eines Kurvenzuges wird über eine Doppelselektion gesetzt. Eine geschlossene Kontur mit vordefiniertem Profil kann über die Schaltflächen des Untermenüs „Profilvorgabe“ erzeugt werden. Es können ein Rechteck oder Parallelogramm, definiert durch einen Mittelpunkt und einen Eckpunkt oder zwei oder drei Eckpunkte, ein gerades oder kreisförmiges Langloch, ein Schlüsselloch und ein Sechseck erstellt werden. Die Elemente eines vordefinierten Profils werden automatisch mit Bedingungselementen versehen, wenn die Schaltfläche „Geometrische Bedingungen“ aktiviert ist (siehe unten). Ein Kreis oder Kreisbogen wird über die Schaltflächen des Untermenüs „Kreis“ erzeugt. Ein Vollkreis kann über seinen Mittelpunkt und Radius, über drei Kreispunkte oder drei Tangenten definiert werden. Zur Definition eines Kreisbogens können drei Punkte des Kreisbogens oder sein Mittelpunkt und zwei Bogenpunkte verwendet werden. Eine freie Kurve wird über die Schaltflächen des Untermenüs „Spline“ erzeugt. Als freie Kurven stehen ein Spline und eine Verbindungskurve zur Auswahl. Wird ein Spline erstellt, wird mit jeder Selektion eines Anwenders dem Spline ein zusätzlicher Kurvenpunkt hinzugefügt. Eine Doppelselektion setzt den letzten Punkt des Splines. Zur Definition einer Verbindungskurve werden zwei Kurven benötigt, die nacheinander selektiert werden. Ein Kegelschnitt wird über die Schaltflächen des Untermenüs „Kegelschnitt“ erstellt. Die Auswahl des Untermenüs umfasst eine Vollellipse, eine Parabel, eine Hyperbel und einen freien Kegelschnitt. Ein freier Kegelschnitt kann über fünf Punkte, vier Punkte und eine Tangente oder zwei Punkte und Tangentenbedingungen, Durchgangspunkte oder Parameter definiert werden. Die Auswahl der Art des freien Kegelschnittes erfolgt über die Schaltflächen der Symbolleiste „Tools“ während dessen Erzeugung.

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3.3 Skizze und Kontur erzeugen Symbolleiste „Profil“

Untermenü

Geometrieart Polygon- bzw. Kurvenzug

Tabelle 3.21: Schaltflächen der Symbolleiste „Profil“ unter deren Untermenüs

Geschlossene Konturen mit vorgegebenem Profil Vollkreis oder Kreisbögen Freie Kurven

Kegelschnitte

Linien

Mittellinie Punkte

Eine Linie wird über die Schaltflächen des Untermenüs „Linie“ erzeugt. Als Optionen stehen eine Linie durch zwei Punkte, eine unendliche Linie, eine Bitangente, eine Winkelhalbierende und eine lotrechte Linie zur Verfügung. Soll eine Linie zugleich als Mittellinie definiert sein, ist die Schaltfläche „Achse“ zu verwenden. Die Schaltfläche erzeugt eine Linie durch zwei Punkte und trägt das erzeugte Element in der Eigenschaft „Center Line“ der Skizze ein (Abschnitt 3.3.2). Ein Punkt wird über die Schaltflächen des Untermenüs „Punkt“ erzeugt. Ein Punkt kann über eine Selektion, seine Koordinaten, als Äquidistanten einer Kurve, als Schnittpunkt oder als Projektionspunkt erstellt werden. Werden ein Schnittpunkt oder Äquidistanten erstellt, verknüpft CATIA den Punkt bzw. die Punkte über Bedingungselemente mit der Elterngeometrie. Ein Projektionspunkt kann normal auf eine Kurve oder entlang einer Richtung projiziert werden. Der Projektionspunkt ist assoziativ zum projizierten Punkt und der Kurve, wenn bei dessen Erzeugung die Schaltfläche „Geometrische Bedingungen“ aktiviert war (siehe unten). Die Definition, ob ein erzeugtes Geometrieelement ein Standard- oder Konstruktionselement ist, wird über die Schaltfläche „“Konstruktions- /Standardelement“ der Symbolleiste „Skizziertools“ vorgenommen. Ist die Schaltfläche nicht selektiert, wird ein Geometrieelement als Standardelement erzeugt. Ist die Schaltfläche ange-

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3 CATIA-Basiswissen wählt, wird ein Geometrieelement als Konstruktionselement definiert. Die Eigenschaft eines Geometrieelementes kann nachträglich gewechselt werden, indem zuerst das Geometrieelement und dann die Schaltfläche „Konstruktions/Standardelement“ selektiert werden. Ein Geometrieelement kann nach seiner Erzeugung als Ausgabekomponente (Abschnitt 3.3.1) definiert werden. Hierzu werden die Schaltfläche „Ausgabekomponente“ der Symbolleiste „Tools“ und das Geometrieelement nacheinander selektiert. Das Geometrieelement wird anschließend im Geometriefenster durch eine erhöhte Strichstärke markiert. Im Konstruktionsbaum erfolgt ein Eintrag in der Sektion „Ausgaben“, über den sich der Name des Geometrieelementes im nachhinein nachvollziehen lässt. Die Symbolleiste „Operation“ stellt mehrere Schaltflächen zur Verfügung, mit denen eine Geometrie erzeugt, vervielfältigt oder verändert werden kann. Einige Schaltflächen verfügen über ein Untermenü, das über eine Selektion des schwarzen Dreieck im unteren Berech der Schaltfläche geöffnet werden kann. Eine Übersicht der Symbolleisten und deren Untermenüs gibt Tabelle 3.22. Über die Schaltflächen „Ecke“ und „Fase“ kann eine Spitze einer Kontur mit einer Verrundung oder eine Fase versehen werden. Um eine Verrundung oder Fase zu erzeugen, wird die entsprechende Schaltfläche selektiert und anschließend die beiden zu verrundenden oder zu fasenden Geometrieelemente ausgewählt. Eine vierte Selektion platziert das neu erzeugte Geometrieelement. Da eine Verrundung oder Fase bei einem methodisch korrekten Arbeiten nicht in einer Kontur angebracht werden, sollten die beiden Schaltflächen nur in Ausnahmefällen verwendet werden (vgl. Abschnitt 4.5). Ein Trimmen, Brechen, Schließen oder Ergänzen eines Geometrieelementes erfolgt über die Schaltflächen des Untermenüs „Begrenzungen“. Eine Trimmung beschneidet ein Geometrieelement an einem zweiten oder zwei Geometrieelemente gegeneinander. Eine Brechung trennt ein Geometrieelement in zwei Unterelemente auf. Schließen verlängert einen Kreis- oder Ellipsenbogen zu einem Vollelement. Eine Ergänzung bildet den Komplementärbogen eines Kreis- oder Ellipsenbogens. Eine Vervielfältigung oder Transformation eines Geometrieelementes wird über die Schaltflächen des Untermenüs „Umwandlung“ vorgenommen. Eine Vervielfältigung oder Transformation kann als Spiegelung, Symmetrie, Translation, Drehung oder Skalierung erfolgen. Mit Ausnahme einer Spiegelung sind die erzeugten Geometrien vom Original unabhängig. Die sechste Schaltfläche des Untermenüs dient zur Erzeugung einer Parallelkurve. Die Projektion oder Verschneidung einer 3D-Geometrie mit der Skizzenebene einer Skizze erfolgt über die Schaltflächen des Untermenüs „3D-Geometrie“. Eine Projektion kann von einem realen 3D-Element oder einer Silhouettenkante vorgenommen werden. Um eine Verschneidung zu erstellen, muss das verschnittene Element die Skizzenebene berühren oder durchdringen. Eine Projektion oder Verschneidung sollte nach Möglichkeit vermieden werden, da dies zu komplexen Abhängigkeitsnetzen eines Volumenmodells führt (Abschnitt 4.1), ausgenommen ist die Verwendung einer Steuergeometrie (Abschnitt 4.3).

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3.3 Skizze und Kontur erzeugen Symbolleiste „Operation“

Untermenü

Beschreibung Ecke erzeugen

Tabelle 3.22: Schaltflächen der Symbolleiste „Operation“ unter deren Untermenüs

Fase erzeugen Geometrie löschen, trimmen oder trennen Geometrie vervielfältigen oder transformieren 3D-Geometrie durch eine Verschneidung oder Projektion einbinden

Während der Erzeugung eines geometrischen Elementes bietet CATIA einem Anwender einige Hilfestellungen an, die in vielen Fällen den Komfort deutlich steigern. Hierzu gehören ein Skizzierraster, das automatische Setzen von Bedingungselementen sowie Eingabefelder für geometrische Abmessungen. Alle Möglichkeiten, die Hilfestellungen zu aktivieren, können in der Symbolleiste „Skizziertools“ vorgenommen werden (Bild 3.5). Das Skizzierraster wird durch eine Selektion der Schaltfläche „An Punkt anlegen“ aktiviert. CATIA erlaubt bei aktiviertem Raster nur eine Selektion eines Rasterpunktes. Anzeige und Größe des Rasters können über die Optionskarte „Mechanische Konstruktion /Sketcher“ eingestellt werden. Die Optionskarte ist im Kopfmenü unter dem Menüpunkt „Tools /Optionen“ zu finden. Eine automatisierte Erstellung von Bedingungselementen kann über die Schaltflächen „Geometrische Bedingungen“ und „Bemaßungsbedingungen“ aktiviert werden. Ist die Schaltfläche „Geometrische Bedingungen“ aktiviert, werden bei der Definition eines geometrischen Elementes Bedingungselemente eingeblendet und bei dessen Erzeugung automatisch erstellt. In der Symbolleiste „Skizziertools“ werden bei der Erzeugung eines geometrischen Elementes numerische Eingabefelder eingeblendet (Bild 3.5, rechts), über die ein Anwender die Abmessungen eines Elementes definieren kann. Ist die Schaltfläche „Bemaßungsbedingungen“ aktiviert, werden die eingegebenen Abmessungen automatisch am geometrischen Element als Bedingungselemente angebracht. Bild 3.5: Symbolleiste „Skizziertools“

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3 CATIA-Basiswissen 3.3.3.3 Bedingungselemente erzeugen Ein Bedingungselement (Abschnitt 3.3.1) kann über die Schaltflächen „Im Dialogfenster definierte Bedingungen“, „Bedingung“, „Kontaktbedingung“ und „Automatische Bedingungszuordnung“ der Symbolleiste „Bedingung“ erzeugt werden. Die Schaltfläche „Im Dialogfenster definierte Bedingungen“ kann zum Erzeugen eines Maßes oder geometrischen Bezuges (Abschnitt 3.3.1) verwendet werden. Um den Erstellungsdialog einzuleiten, werden ein oder mehrere geometrische Elemente ausgewählt und anschließend die Schaltfläche „Im Dialogfenster definierte Bedingungen“ selektiert. Es öffnet sich ein Fenster „Bedingungsdefinition“, in dem alle Arten von Bedingungselementen aufgeführt sind, die auf die selektierte Geometrie angewendet werden können (Tabelle 3.23, Mitte). Es werden die gewünschten Arten aktiviert und über eine Selektion der Schaltfläche „OK“ erzeugt. Die Werte der Bedingungselemente können anschließend geändert werden. Ein Beispiel gibt Tabelle 3.23. Im Ausgangszustand liegen zwei Linien vor, die winkelig zueinander orientiert sind (links). Die zwei Linien sollen über zwei Längen und einen Winkel bemaßt werden (rechts). Es werden die zwei Linien und anschließend die Schaltfläche „Im Dialogfenster definierte Bedingungen“ selektiert und im geöffnet Dialogfenster die Bedingungsarten „Länge“ und „Winkel“ aktiviert (Mitte). Die Funktion erzeugt an jeder Linie ein Längenmaß und zwischen den beiden Linien einen Winkel (rechts). Tabelle 3.23: Beispiel einer Anwendung der Schaltfläche „Im Dialogfenster definierte Bedingungen“

Vorher

Dialogfenster

Nachher

Die Schaltfläche „Bedingung“ dient vorrangig dazu, ein Maß zu erzeugen. Hierzu werden zuerst das oder die zu bemaßenden Geometrieelemente und dann die Schaltfläche „Bedingung“ selektiert; es kann auch in umgekehrter Reihenfolge vorgegangen werden. Wird nur ein Element ausgewählt, kann eine Länge, ein Radius oder ein Durchmesser erzeugt werden, bei zwei Elementen ein Abstand oder ein Winkel. Der Dialog bietet automatisch dasjenige Bedingungselement an, was dem geometrischen Sachverhalt entspricht. In einem dritten Schritt wird das Maß über eine Selektion positioniert.

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3.3 Skizze und Kontur erzeugen Wird anstelle einer Positionierung des dritten Schritts über die rechte Maustaste das Kontextmenü aufgerufen, kann ein geometrischer Bezug erstellt oder ein Maß erzwungen werden, das nicht dem geometrischen Sachverhalt der Ausgangssituation entspricht. Ein häufiger Anwendungsfall ist, zwei Linien durch ein Abstandsmaß parallel auszurichten, obwohl diese in der Ausgangssituation winkelig zueinander orientiert sind. Ein Beispiel ohne eine Verwendung des Kontextmenüs gibt Tabelle 3.24. Zwischen einer senkrechten Linie und der V-Achse einer Skizze soll ein Abstand definiert werden. Es werden die Schaltfläche „Bedingung“, die Linie und die V-Achse nacheinander selektiert. Da die beiden Geometrieelemente parallel ausgerichtet sind, wird automatisch ein Abstandsmaß angeboten. Im nächsten Schritt wird das Maß über eine vierte Selektion positioniert. Vorher

Befehl

Nachher

Tabelle 3.24: Beispiel einer Anwendung der Schaltfläche „Bedingung“

+ Linie + V-Achse + Position

Über die Schaltfläche „Kontaktbedingung“ kann ein geometrischer Bezug zwischen zwei Geometrieelementen erzeugt werden. Sind die zwei Geometrieelemente zwei Kreise, Kreisbögen oder Ellipsen, wird ein konzentrischer Bezug definiert. Werden zwei Kurven oder eine Linie und eine Kurve ausgewählt, wird ein tangentialer Bezug erstellt. In allen anderen Fällen wird eine Kongruenz definiert. Um die Bedingung zu erstellen, werden die Schaltfläche und die beiden Geometrieelemente nacheinander selektiert. Alternativ kann auch umgekehrt vorgegangen werden. Das zweite Element wird verschoben und zum ersten ausgerichtet. Ein Beispiel gibt Tabelle 3.25. Als Ausgangsituation liegen zwei nicht konzentrische Kreisbögen vor. Werden die Schaltfläche „Kontaktbedingung“ und der äußere und innere Kreisbogen nacheinander selektiert, erfolgt eine konzentrische Ausrichtung des inneren Kreisbogens zum äußeren und die Erzeugung des entsprechenden Bedingungselementes „Konzentrizität“.

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3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.25: Beispiel einer Anwendung der Schaltfläche „Kontaktbedingung“

Vorher

Befehl

Nachher

+ Element 1 + Element 2

Die Schaltfläche „Automatische Bedingungszuordnung“ stellt einen Automatismus bereit, über den mehrere Geometrieelemente automatisch mit Bedingungselementen versehen werden können. Wird die Schaltfläche selektiert, öffnet sich das Fenster „Automatische Bedingungszuordnung“, über das die zu verknüpfenden Geometrieelemente deklariert werden können (Bild 3.6). Bild 3.6: Fenster „Automatische Bedingungszuordnung“

Im Feld „Elemente, denen Bedingungen zugeordnet werden sollen“ werden die zu verknüpfenden Geometrieelemente deklariert. Sind vor der Selektion der Schaltfläche „Automatische Bedingungszuordnung“ schon Geometrieelemente selektiert worden, werden diese in der Liste aufgeführt. Im Feld „Referenzelemente“ können Geometrieelemente deklariert werden, zu denen bei der Bemaßung der Geometrie hauptsächlich Bezüge aufgebaut werden sollen. In der Regel werden hier entweder die Achsen einer Skizze oder Hilfselemente selektiert, welche die Position einer Kontur steuern. Ist ein Bauteil zu einem Element symmetrisch, kann dieses im Feld „Spiegelungsachsen“ deklariert werden. Der Automatismus versucht in diesem Fall, Symmetriebedingungen zu diesem Element herzustellen. Im Auswahlfeld „Bedingungsmodus“ wird festgelegt, ob Maße als Ketten- oder Stapelmaße erzeugt werden. Das Auswahlfeld ist nur dann aktiviert, wenn mindestens ein Referenzelement deklariert ist.

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3.3 Skizze und Kontur erzeugen Ein Beispiel der Anwendung des Automatismus gibt Tabelle 3.26. Als Ausgangsgeometrie liege eine Kontur vor, bestehend aus acht Linien (links). Die Ausgangsgeometrie solle automatisch über Kettenmaße mit Bedingungselementen versehen werden. Hierzu wird die Schaltfläche „Automatische Bedingungszuordnung“ selektiert und die acht Linien als zu bemaßende Elemente deklariert. Die V-Achse wird zusätzlich als Spiegelungsachse und die H-Achse als Referenzelement angegeben. Als Bedingungsmodus wird „Verkettet“ eingestellt. Nach der Anwendung des Automatismus ist die Kontur komplett vermaßt (rechts). Die unteren vier Linien, die zur V-Achse spiegelsymmetrisch angeordnet sind, sind mit Symmetriebedingungen versehen. Die Maße sind als Maßketten erzeugt worden. Vorher

Nachher

Tabelle 3.26: Beispiel einer Anwendung der Schaltfläche „Automatische Bedingungszuordnung“

3.3.3.4 Skizze analysieren Eine Skizze kann über eine Animation eines Bedingungselementes, die Farbe eines Geometrie- und Bedingungselementes und die Analysefenster des Skizzierers analysiert werden. Die Animation eines Bedingungselementes verändert dynamisch am Bildschirm den Wert eines Maßes und zeigt damit einem Anwender an, welche Geometrieelemente durch ein Maß getrieben werden. Die Farbe eines Elementes gibt Rückschlüsse über seinen Aktivierungszustand, die Eindeutigkeit seiner Lage im Raum und auf eine eventuelle Überbestimmung. Die Analysefenster des Skizzierers erlaubt einem Anwender, die Art und die Freiheitsgrade aller Geometrieelemente einer Skizze zu prüfen und offene Konturen zu identifizieren. Die Animation eines Bedingungselementes wird über eine Selektion der Schaltfläche „Bedingung animieren“ der Symbolleiste „Bedingung“ gestartet. Das zu animierende Maß wird vor oder nach der Selektion der Schaltfläche ausgewählt. Es öffnet sich das Fenster „Bedingung animieren“, in dem die Details der Animation definiert werden (Tabelle 3.27, Mitte). In den Feldern „Erster Wert“ und „Letzter Wert“ wird der Wertebereich definiert, innerhalb dessen das Maß animiert werden soll. Die Anzahl der Animationsschritte wird im Feld „Anzahl Schritte“ festgelegt. Über die Option „Bedingungen verdecken“ kann bestimmt werden, ob die Bedingungselemente der Skizze während der Animation sichtbar sind oder nicht.

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3 CATIA-Basiswissen Über die vier Schaltflächen des Bereiches „Optionen“ wird spezifiziert, wie eine Animation abläuft. Die erste Schaltfläche „In einem Durchlauf“ bestimmt, dass der Wertebereich einmal vom ersten bis zum letzten Wert durchlaufen wird. Die zweite Schaltfläche „Umkehren“ legt einen Durchlauf vom ersten bis zum letzen und wieder zum ersten Wert zurück fest. Die dritte Schaltfläche „Schleife“ weist eine Animation an, endlos zwischen dem ersten und dem letzten Wert zu pendeln. Die vierte Schaltfläche „Wiederholen“ bestimmt eine endlose Wiederholung eines Durchlaufs vom ersten bis zum letzten Wert. Eine Animation wird über die Schaltflächen des Bereichs „Aktionen“ ausgeführt. Die Schaltflächen entsprechen denen eines Video- oder Kassettenrekorders. Wird die Schaltfläche „Abbrechen“ betätigt, wird eine Animation beendet und der Ausgangszustand wiederhergestellt. Tabelle 3.27 zeigt ein Beispiel einer Animation. Tabelle 3.27: Beispiel einer Anwendung der Schaltfläche „Bedingung animieren“

Ausgangszustand

Dialogfenster

Animation

Die Farbe eines Geometrie- oder Bedingungselementes kann direkt dem Geometriefenster des Skizzierers entnommen werden. Eine Aufstellung der Farben und ihrer Bedeutung gibt Tabelle 3.28. Ein Element, dass von einem Anwender aktuell selektiert ist, wird in orange Farbe angezeigt. Die Farbe hat daher für eine Analyse keine unmittelbare Bedeutung. Ein Geometrieelement, dessen Lage im Raum nicht eindeutig bestimmt ist, also Freiheitsgrade besitzt, wird in weißer oder grauer Farbe dargestellt. Ein Standardelement wird weiß angezeigt, ein Konstruktionselement grau. Ist ein Geometrieelement durch eine Projektion oder Verschneidung einer Geometrie mit der Skizzenebene erzeugt worden, kann es von einem Anwender nicht direkt manipuliert werden. Dies wird durch eine gelbe Farbe signalisiert. Ist die Lage eines Geometrieelementes eindeutig bestimmt, wird das Element in grüner Farbe angezeigt. Die Farben Braun, Rot und Rosa sind Warnfarben und weisen einen Anwender auf Probleme in einer Skizze hin. Alle Elemente, die in rosa Farbe dargestellt sind, signalisieren eine Überbestimmung. Eine Überbestimmung kann behoben werden, indem Bedingungselemente gelöscht werden. Ist ein geometrischer Sachverhalt für CATIA nicht mehr darstellbar, da Bedingungs- und Geometrieelemente eine inkon-

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3.3 Skizze und Kontur erzeugen sistente Geometrie beschreiben, werden teilweise die Bedingungs- und Geometrieelemente nicht neu berechnet. Diese Elemente werden in roter und brauner Farbe angezeigt. Farbe

Bedeutung

Weiß

Standardelement mit Freiheitsgraden

Grau

Konstruktionselement mit Freiheitsgraden

Orange

Selektiertes Element

Gelb

Projiziertes oder verschnittenes Element

Grün

Fixiertes Element mit eindeutiger Lage

Rosa

Überbestimmtes Element

Rot

Element nicht konsistent

Braun

Temporär nicht berechnetes Element

Tabelle 3.28: Farben eines Geometrieund Bedingungselementes und deren Bedeutung

Ein Anwender kann die Analyse einer kompletten Skizze über die Analysefenster „Skizzen-Auflösungsstatus“ oder „Skizzieranalyse“ vornehmen. Das Fenster „Skizzen-Auflösungsstatus“ zeigt eine Kompaktanalyse einer Skizze an. Das Fenster „Skizzieranalyse“ erlaubt eine detaillierte Analyse einer Skizze und deren Elementen. Zusätzlich können Funktionen ausgeführt werden, um eventuelle Störungen oder Fehler einer Skizze zu beheben. Das Fenster „Skizzen-Auflösungsstatus“ wird über eine Selektion der Schaltfläche „Skizzen-Auflösungsstatus“ der Symbolleiste „Tools“ geöffnet (Tabelle 3.29, Mitte). Eine Skizze wird pauschal nach der Anzahl der Freiheitsgrade ihrer Geometrieelemente bewertet. Sind Freiheitsgrade vorhanden, gilt die Skizze als unterbestimmt. Im Geometriefenster werden die Elemente orangefarben markiert, die noch Freiheitsgrade aufweisen (Tabelle 3.29, rechts). Sind keine Freiheitsgrade vorhanden, wird eine Skizze als isobestimmt oder überbestimmt bewertet. Überbestimmte Geometrieelemente werden wiederum im Geometriefenster orangefarben hervorgehoben angezeigt. Über die Schaltfläche „Skizzieranalyse“ kann das Analysefenster „Skizzieranalyse geöffnet werden, um eine detaillierte Bewertung der Skizze durchzuführen. Das Fenster „Skizzieranalyse“ wird entweder durch eine Selektion der Schaltfläche „Skizzieranalyse“ der Symbolleiste „Tools“ oder des Fensters „SkizzenAuflösungsstatus“ geöffnet. Das Fenster verfügt über drei Karten „Geometrie“, „Projektionen /Verschneidungen“ und „Diagnose“, in denen Teilergebnisse der Analyse angezeigt werden (Tabelle 3.30 ff.). Die Karte „Geometrie“ gibt eine Übersicht aller Konturen und Kurvenzüge einer Skizze (Tabelle 3.30). Die identifizierten Konturen und Kurvenzüge werden in einer dreispaltigen Tabelle „Detaildaten“ aufgelistet. Die erste Spalte zeigt die identifizier-

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3 CATIA-Basiswissen ten Elemente, die zweite dessen Status und die dritte einen beschreibenden Text. Die Analyse ist hilfreich, um offene Konturen oder Geometrieelemente zu finden, die versehentlich nicht als Konstruktionselemente definiert wurden. Tabelle 3.29: Beispiel einer Anwendung des Analysefensters „Skizzen-Auflösungsstatus“

Ausgangszustand

Fenster

Anzeige

Über die Schaltflächen des Bereichs „Maßnahmen“ können Fehler einer Skizze behoben werden, indem Elemente gelöscht, ergänzt oder als Konstruktionselemente definiert werden. Um eine Korrektur vorzunehmen, wird ein Element in der Tabelle „Detaildaten“ selektiert und anschließend die entsprechende Schaltfläche gedrückt. Tabelle 3.30: Beispiel einer Anwendung des Analysefensters „Skizzieranalyse“, Karte „Geometrie“

Geometrie

Karte „Geometrie“

Die Karte „Projektionen /Verschneidungen“ zeigt alle Geometrieelemente einer Skizze an, die über eine Projektion oder Verschneidung einer 3D-Geometrie mit der Skizzenebene erzeugt wurden (Tabelle 3.31). Die Elemente werden in der Tabelle „Detaildaten“ aufgelistet. Die erste Spalte zeigt den Namen eines Geometrieelementes, die zweite dessen Erzeugungsart, die dritte dessen Status und die vierte dessen Elterngeometrie. Die Elterngeometrie ist die 3D-Geometrie, die mit der Skizzenebene verschnitten oder auf diese projiziert wurde. Über die Schaltflächen des Bereichs „Maßnahme“ kann eine Projektion oder Verschneidung isoliert, deaktiviert oder gelöscht werden. Zusätzlich ist ein Austausch ihrer Elterngeometrie durch eine neue 3D-Geometrie möglich.

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3.3 Skizze und Kontur erzeugen Geometrie

Karte „Projektionen /Verschneidungen“

Tabelle 3.31: Beispiel einer Anwendung des Analysefensters „Skizzieranalyse“, Karte „Projektionen /Verschneidungen“

Die Karte „Diagnose“ zeigt die Freiheitsgrade einer Skizze und deren Geometrieund Bedingungselemente an (Tabelle 3.32). Im Feld „Berechnungsstatus“ wird eine Pauschalbewertung der gesamten Skizze getroffen. Diese Bewertung erfolgt analog des Analysefensters „Skizzen-Auflösungsstatus“. Die Tabelle „Detaildaten“ zeigt eine Liste aller Geometrie- und Bedingungselemente der Skizze. Für jedes Element wird dessen Bestimmtheitsgrad beurteilt. Handelt es bei einem Listeneintrag um ein Geometrieelement, wird zusätzlich dessen Typ (Standardelement, Konstruktionselement) aufgeführt. Über die beiden Schaltflächen des Bereiches „Aktion“ können Bedingungselemente und Konstruktionselemente aus der Liste und dem Geometriefenster ausgeblendet werden. Geometrie

3.3.4

Karte „Diagnose“

Tabelle 3.32: Beispiel einer Anwendung des Analysefensters „Skizzieranalyse“, Karte „Diagnose“

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Die Parameter einer Skizze beinhalten zahlreiche Elemente, die auf einer Geometrie basieren. Weist eines der Elemente einen Definitionsfehler auf oder kann nicht mehr

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3 CATIA-Basiswissen gefunden werden, ist auch die Definition einer Skizze defekt. In den folgenden Abschnitten sind häufige Fehlermeldungen mit Lösungsvorschlägen dargestellt, die aufgrund fehlerhafter Parameter einer Skizze auftreten können. Alle Fehlermeldungen einer Skizze, die ihrem Einsatzzweck nicht genügt, einen Volumenkörper zu erstellen, sind im Abschnitt 3.4.4 zu finden. 3.3.4.1

„Definition der Achse muss geändert werden (You need to modify the absolute axis definition)“

Wird in einem Volumenmodell, das eine Skizze beinhaltet, ein Volumenkörper oder eine Drahtgeometrie bearbeitet oder gelöscht, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: Deutsch Englisch

„Die Definition der absoluten Achse muss geändert werden, um diese Probleme zu beheben.“ „You need to modify the absolute axis definition to solve these problems.“ Die Ursache ist, dass ein geometrisches Element, das als Bezugselement der Skizze deklariert wurde, nicht mehr gefunden wird (Tabelle 3.33, links). Entweder wurde das Element gelöscht oder die interne Bezeichnung des Elementes durch eine geometrische Änderung neu vergeben. Das kann insbesondere dann geschehen, wenn als Bezugselement eine Teilfläche eines Volumenkörpers verwendet wurde (vgl. Abschnitt 4.1.1). Eine Lösung ist, die Skizze zu editieren und das Bezugselement neu zu deklarieren (Tabelle 3.33, Mitte). Alternativ kann die Skizze isoliert werden, so dass diese anschließend keine Bezugselemente besitzt (Tabelle 3.33, rechts).

Tabelle 3.33: Beispiel einer Fehlermeldung „Definition der Achse muss geändert werden“

Fehlerursache

Lösung 1

Das Stützelement Es wird ein neues Stützelement der Skizze wird nicht deklariert. mehr gefunden.

Lösung 2

Die Skizze wird isoliert.

3.3.4.2 „Skizze muss bearbeitet werden (You need to edit the sketch)“ Wird in einem Volumenmodell, das eine Skizze beinhaltet, ein Volumenkörper oder eine Drahtgeometrie bearbeitet oder gelöscht, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: Deutsch Englisch

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„Zum Beheben dieser Probleme muss die Skizze bearbeitet werden.“ „You need to edit the sketch to solve these problems.“

3.3 Skizze und Kontur erzeugen Eine Ursache kann sein, dass in der Skizze ein Geometrie- oder Bedingungselement definiert ist, das in seiner Abhängigkeitskette das gelöschte oder geänderte Element besitzt und dieses nicht mehr gefunden wird. Das kann insbesondere dann geschehen, wenn das geänderte Element eine Teilfläche eines Volumenkörpers ist (vgl. Abschnitt 4.1.1). In der Regel betrifft dieser Fehler eine Projektion oder Verschneidung (Tabelle 3.34, links). Um den Fehler zu beheben, wird über die Skizzieranalyse die Elterngeometrie der Verschneidung oder Projektion neu deklariert (Tabelle 3.34, rechts). Tabelle 3.34: Beispiel einer Fehlermeldung „Skizze muss bearbeitet werden“, Ursache 1

Fehlerursache

Lösung

Die Elterngeometrie der Verschneidung wird nicht mehr gefunden.

Im Analysefenster „Skizzieranalyse“ und der Karte „Projektionen/ Verschneidungen“ wird die Elterngeometrie der Verschneidung neu deklariert.

Eine weitere Ursache kann sein, dass eine Verschneidung der Skizze nicht berechnet werden kann, da die Elterngeometrie der Verschneidung die Skizzenebene nicht mehr schneidet (Tabelle 3.35, links). Um den Fehler zu beheben, wird entweder die Verschneidung durch eine Projektion ersetzt (Tabelle 3.35, Mitte) oder die Elterngeometrie der Verschneidung so geändert, dass diese die Skizzenebene wieder durchdringt (Tabelle 3.35, rechts). Fehlerursache

Die gelbe Teilfläche schneidet die Skizzenebene nicht mehr.

Lösung 1

Lösung 2

Tabelle 3.35: Beispiel einer Fehlermeldung „Skizze muss bearbeitet werden“, Ursache 2

Die Verschneidung wird durch Der Block wird so geändert, eine Projektion ersetzt. das er die Skizzenebene wieder schneidet.

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3 CATIA-Basiswissen 3.3.5

Übungen

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführten Übungen.

Aufgabenblatt 2.3 a) Welche drei Skizzentypen können unterschieden werden? Über welche Bezugselemente kann ein Skizzentyp maximal verfügen? Lösungsblatt b) Bitte vervollständigen Sie die Ta2.3 belle: Welches Bedingungselement ist abgebildet? Wie viele Geometrieelemente werden durch ein Bedingungselement verknüpft? Dauer 20 min Übung 3.3: Parameter einer Skizze Übung 3.4: Skizze erzeugen

Aufgabenblatt 3.4 a) Bitte erstellen Sie die beiden abgebildeten Skizzen. Die Geometrieelemente beider Skizzen sollen über Bedingungselemente eindeutig in der Skizzenebene positioniert sein, so dass Lösungsblatt kein Verschieben mehr möglich ist. 3.4 b) Bitte vervollständigen Sie die Tabelle: Welche Farbe eines Geometrieelementes hat welche Bedeutung? Dauer 30 min

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3.4 Volumenkörper erzeugen 3.4

Volumenkörper erzeugen

Ein Volumenkörper, das kleinste Volumenelement eines Volumenmodells, kann auf einer Skizze, mehreren Skizzen oder einer Fläche basieren (Abschnitt 2.2). In den folgenden Abschnitten wird dargestellt, wie ein skizzen- oder flächenbasierter Volumenkörper erzeugt wird.

3.4.1

Parameter

Als Parameter eines Volumenkörpers können dessen Elterngeometrie, Begrenzungselemente, Führungselement, Orientierung und Vorzeichen unterschieden werden. Bezüglich des Vorzeichens sei auf Abschnitt 2.2 verwiesen. Die Elterngeometrie eines Volumenkörpers bestimmt maßgeblich dessen Form. Ist die Elterngeometrie eine oder mehrere Skizzen, werden über die Linien und Kurven der Skizzen unmittelbar die Teilflächen des Volumenkörpers abgeleitet (Tabelle 3.36, links). Wird eine Fläche als Elterngeometrie verwendet, so bestimmt die Fläche oder ein Ausschnitt der Fläche unmittelbar eine Teilfläche des resultierenden Volumenkörpers (Tabelle 3.36, rechts). Skizzenbasiert

Flächenbasiert

Tabelle 3.36: Elterngeometrie eines Volumenkörpers

Die Begrenzungselemente (Limits) eines Volumenkörpers werden entweder durch dessen Elterngeometrie oder bis zu zwei Begrenzungsflächen oder Höhenparametern bestimmt. Ein klassischer Fall, bei dem die Elterngeometrie die Begrenzungselemente eines Volumenkörpers festlegt, ist ein Loft mit mehreren Skizzen (Tabelle 3.36, links). Wird ein Höhenparameter verwendet, wird über eine Längenangabe die Ausdehnung des Volumenkörpers definiert (Tabelle 3.37, links). Ein Volumenkörper kann direkt durch eine Ebene oder Fläche begrenzt werden. In diesem Fall erhält der Volumenkörper an der Begrenzungsstelle unmittelbar die Form des Begrenzungselementes. Die Verwendung eines Höhenparameters kann mit der einer Begrenzungsfläche gemischt werden (Tabelle 3.37, rechts).

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3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.37: Begrenzungselemente eines Volumenkörpers

Höhenparameter

Begrenzungsfläche

Das Führungselement eines Volumenkörpers legt fest, wie der Zwischenraum zwischen den Begrenzungselementen und der Elterngeometrie ausgefüllt ist. Die Orientierung bestimmt hierbei die Richtung des Führungselementes. Ein Volumenkörper kann je nach Art über ein lineares Führungselement oder ein frei definierbares verfügen. Ist das Führungselement linear, werden Verlauf und Orientierung durch einen kleinen orangefarbenen Pfeil gekennzeichnet (Tabelle 3.38, links). Verfügt ein Volumenkörper über ein frei definierbares Führungselement, kann über eine gekrümmte Kurve der Verlauf von einem Anwender gezielt an jeder Stelle des Zwischenraumes festgelegt werden (Tabelle 3.38, rechts). Tabelle 3.38: Führungselemente eines Volumenkörpers

Linear

3.4.2

Gekrümmt

Interne Arbeitsweise von CATIA

Ein Volumenkörper von CATIA V5 ist entweder der Objektklasse „Sketch Based Shape“ oder „Surface Based Shape“ zugeordnet, je nachdem, ob es sich um einen skizzen- oder flächenbasierten Volumenkörper handelt. Die Klasse „Sketch Based Shape“ speichert die Kontur eines skizzenbasierten Volumenkörpers, d.h. dessen Elterngeometrie. Aus der Klasse „Sketch Based Shape“ sind sechs Unterklassen abgeleitet, die je eine Art eines Volumenkörpers charakteri-

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3.4 Volumenkörper erzeugen sieren: „Prism“ für Prismen, „Hole“ für Bohrungen, „Revolution“ für Rotationskörper, „Stiffener“ für Versteifungen, „Sweep“ für Translationskörper und „SolidCombine“ für Kombinationskörper (Tabelle 3.39). Diese Klassen speichern jeweils die Begrenzungselemente, das Führungselement und die Orientierung eines Volumenkörpers. Die endgültige Ausprägung eines Volumenkörpers wird in einer dritten Klassenebene beschrieben, welche die zweite Ebene nochmals spezifiziert. In der dritten Klassenebene ist das Vorzeichen eines Volumenkörpers abgelegt. Am Beispiel des Prismas sind dies die Klassen „Pad“ und „Pocket“, bei einem Rotationskörper die Klassen „Shaft“ und „Groove“ und bei einem Translationskörper die Klassen „Rib“ und „Slot“. Die Volumenkörperarten „Hole“ und „SolidCombine“ besitzen keine dritte Klassenebene. Durch die Ableitungsstruktur besitzen zwei Volumenkörper ähnliche Eigenschaften, wenn diese aus einer selben Klasse der zweiten Ebene stammen. Aus diesem Grund haben ein Block und eine Tasche, eine Nut und eine Welle, eine Rippe und eine Rille jeweils die gleichen Parameter und Geometriebeschränkungen. Einen Sonderfall stellen ein Loft und entfernter Loft dar. Ein Volumenkörper dieser Art ist aus dem Flächenobjekt „Hybrid Shape Loft“ abgeleitet. Aus diesem Grund wird ein Loft oder ein negativer Loft exakt wie eine Übergangsfläche definiert. Das Flächenelement und der Volumenkörper besitzen daher die gleichen Parameter und Geometriebeschränkungen. Objektklassen Sketch Based Shape

Volumenkörper Prism

Pad

Block, Mehrfachblock

Pocket

Tasche, Mehrfachtasche

Hole Revolution

Bohrung Shaft

Welle

Groove

Nut

Stiffener Sweep

Hybrid Shape Loft

Tabelle 3.39: Verwandtschaftsbeziehung skizzenbasierter Volumenkörper

Versteifung Rib

Rippe

Slot

Rille

SolidCombine

Kombinieren

Loft

Loft Entfernter Loft

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3 CATIA-Basiswissen Die Klasse „Surface Based Shape“ speichert die Elterngeometrie eines flächenbasierten Volumenkörpers, d.h. dessen Fläche. Aus der Klasse sind die zwei Klassen „Close Surface“ und „Thick Surface“ abgeleitet, in denen alle weiteren Parameter abgelegt sind. Die beiden flächenbasierten Volumenkörper haben somit nur eine lockere Verwandtschaftsbeziehung und keine gemeinsamen Geometriebeschränkungen (Tabelle 3.40). Aus Anwendersicht gibt es einige Volumenkörperarten, die ein Zwitter zwischen einem skizzen- und einem konturbasierten Volumenkörper sind. Ein Zwitter kann nicht nur über eine Kontur, sondern auch über eine Fläche definiert werden. Hierzu gehören ein Block, eine Tasche, eine Welle, eine Nut und ein Kombinationskörper. Sie stehen allerdings in keiner Verwandtschaft zu den beiden anderen flächenbasierten Volumenkörpern und gehören aus programmiertechnischer Sicht nur den skizzenbasierten Volumenkörpern an. Tabelle 3.40: Verwandtschaftsbeziehung flächenbasierter Volumenkörper

Objektklassen Surface Based Shape

3.4.3

Volumenkörper Close Surface

Fläche schließen

Thick Surface

Aufmaßfläche

CATIA-Befehle

Für jeden Typ eines skizzen- oder flächenbasierten Volumenkörpers (Abschnitt 2.2) stellt CATIA eine Schaltfläche zur Verfügung, über welche ein jeweiliger Volumenkörper generiert werden kann. Die Schaltflächen sind den Symbolleisten „Auf Skizzen basierende Komponenten“ und „Auf Flächen basierende Komponenten“ zugeordnet. 3.4.3.1 Block Ein Block (Pad) ist ein prismatischer Volumenkörper, der auf einer Skizze oder Fläche basiert und ein lineares Führungselement besitzt. Das Vorzeichen eines Blockes ist immer positiv. Seine Begrenzungselemente können durch Höhenparameter oder Begrenzungsflächen definiert werden. Das CATIA-Fenster mit den Parametern eines Blockes zeigt Bild 3.7. Die Elterngeometrie eines Blockes wird über das Feld „Profil /Fläche /Auswahl“ deklariert. Als Elterngeometrie kann eine offene oder geschlossene Skizze oder eine Fläche angegeben werden (Tabelle 3.41). Die Option „Dick“ legt fest, ob ein schmaler Block (Tabelle 3.41, links) erzeugt wird. In diesem Fall kann über die Felder „Aufmaß 1“ und „Aufmaß 2“ definiert werden, welche Ausdehnung der schmale Block um die Skizze besitzt. Über die Option „Neutrale Faser“ wird festgelegt, ob sich eine Skizze immer in der Mitte eines schmales Blockes befindet. Das Feld „Aufmaß 2“ wird dann deaktiviert. Wird eine offene Skizze verwendet, muss ein schmaler Block erzeugt werden.

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3.4 Volumenkörper erzeugen Bild 3.7: Parameter eines Blockes

Offene Skizze

Geschlossene Skizze

Fläche

Tabelle 3.41: Elterngeometrie eines Blockes

Als Führungselement eines Blockes wird standardmäßig die Normale zur Skizze verwendet. Die Orientierung ist die Orientierung der Skizzenebene. Über die Schaltfläche „Richtung umkehren“ kann die Orientierung invertiert werden. Soll ein anderes Führungselement als die Skizzennormale verwendet werden, kann dieses über das Feld „Richtung /Referenz“ deklariert werden. Die Option „Senkrecht zum Profil“ wird in diesem Fall deaktiviert. Das Führungselement kann eine Linie oder Ebene sein. Wird als Elterngeometrie eine Fläche verwendet, muss ein Führungselement deklariert werden. Die Begrenzungselemente werden in den Bereichen „Erste Begrenzung“ und „Zweite Begrenzung“ festgelegt. Die erste Begrenzung liegt in Richtung der Orientierung des Blockes, die zweite ist entgegengesetzt orientiert. Um ein Begrenzungselement zu definieren, kann für jede Seite zwischen fünf verschiedenen Begrenzungstypen gewählt werden (Tabelle 3.42). Der Begrenzungstyp „Bemaßung“ bestimmt, dass ein Begrenzungselement durch eine Höhenangabe definiert ist. Ein positiver Höhenwert der ersten Begrenzung wird

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3 CATIA-Basiswissen in Richtung der Orientierung des Führungselementes gemessen, ein positiver Wert der zweiten Begrenzung in negativer Richtung. Der Höhenwert einer zweiten Begrenzung kann über die Option „Gespiegelte Ausdehnung“ dem ersten gleich gesetzt werden. Die Begrenzungstypen „Bis zum nächsten“ und „Bis zum letzten“ weisen CATIA an, das Begrenzungselement automatisch zu bestimmen. Der Automatismus funktioniert nur dann, wenn im gleichen Körper, in dem ein Block erstellt wird, schon ein anderer Volumenkörper existiert, dessen Flächen für eine Begrenzung geeignet sind. Soll eine Ebene oder Fläche direkt als Begrenzungselement festgelegt werden, werden die Begrenzungstypen „Bis Ebene“ oder „Bis Fläche“ verwendet. Tabelle 3.42: Begrenzungstypen eines Blockes

Bemaßung

Bis zum nächsten

Bis Ebene

Bis Fläche

Bis zum letzten

Wird ein schmaler Block erzeugt, der zu einem bestehenden Volumenkörper hinzugefügt wird, so dass ein zusammengesetzter Volumenkörper entsteht, kann die Einbindung des Blockes über die Option „Enden zusammenfügen“ beeinflusst werden. Im Standardfall findet kein Beschnitt des schmalen Blockes an vorhandener Geometrie statt (Tabelle 3.43, links). Wenn die Option „Enden zusammenfügen“ aktiviert ist, wird der schmale Block vor der Vereinigung an vorhandener Geometrie beschnitten (Tabelle 3.43, Mitte). Die Beschnittflächen sind in der Abbildung zur Ver-

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3.4 Volumenkörper erzeugen anschaulichung gelb eingefärbt. Das Hüllvolumen des Ergebnisses ist in beiden Fällen das gleiche (Tabelle 3.43, rechts), die interne Verknüpfung der Geometrien jedoch nicht. Schneidet ein schmaler Block mit einer offenen Kontur eine vorhandene Geometrie nicht, werden bei aktivierter Option dessen Teilflächen an den offenen Enden der Kontur bis zur bestehenden Geometrie extrapoliert. Standardfall

Enden zusammenfügen

Ergebnis (beide Fälle)

Tabelle 3.43: Auswirkung der Option „Enden zusammenfügen“

3.4.3.2 Mehrfachblock Ein Mehrfachblock (Multipad) ist ein prismatischer Volumenkörper, der auf einer Skizze mit mehreren Konturen basiert und ein lineares Führungselement besitzt. Das Vorzeichen eines Mehrfachblockes ist immer positiv. Seine Begrenzungselemente können durch Höhenparameter oder Begrenzungsflächen definiert werden. Das CATIA-Fenster mit den Parametern eines Mehrfachblockes zeigt Bild 3.8. Bild 3.8: Parameter eines Mehrfachblockes

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3 CATIA-Basiswissen Die Definition der Elterngeometrie eines Mehrfachblockes erfolgt durch die Selektion einer Skizze unmittelbar nach der Auswahl der Schaltfläche „Mehrfachblock“. Die Skizze muss mindestens eine geschlossene Kontur beinhalten. Verfügt die Skizze über mehrere geschlossene Konturen, so dürfen sich die Konturen nicht überschneiden (Tabelle 3.44, links). Die Anzahl der geschlossenen Konturen wird im Bereich „Domänen“ des Parameterfensters angezeigt. Jede Domäne repräsentiert einen Teilblock des Mehrfachblockes (Tabelle 3.44, rechts). Als Führungselement und Orientierung verwendet CATIA standardmäßig die Skizzennormale. Eine manuelle Definition kann analog der Erzeugung eines Blockes über das Feld „Referenz“, die Option „Senkrecht zu Skizze“ und die Schaltfläche „Richtung umkehren“ erfolgen. Die Begrenzungselemente eines Teilblockes können für jede Domäne eigenständig in den Bereichen „Erste Begrenzung“ und „Zweite Begrenzung“ festgelegt werden. Hierzu wird eine Domäne in der Tabelle „Domänen“ selektiert. Die Bereiche „Erste Begrenzung“ und „Zweite Begrenzung“ zeigen dann die Begrenzungsdefinition des ausgewählten Teilblockes an. Die erste Begrenzung liegt in Richtung der Orientierung des Mehrfachblockes, die zweite ist entgegengesetzt orientiert. Die Spalte „Aufmaß“ der Tabelle „Domänen“ beschreibt die Gesamthöhe eines Teilblockes. Tabelle 3.44 : Definition eines Mehrfachblockes

Definition

Ergebnis

3.4.3.3 Verrundeter Block mit Ausformschräge Ein verrundeter Block mit Ausformschräge ist keine eigene Volumenkörperart, sondern ein Block, an dem bei dessen Erzeugung zugleich Ausform- und Verrundungsoperationen angebracht werden (Tabelle 3.45). Die Parameter, die ein Anwender bei dessen Erzeugung festlegen kann, zeigt Bild 3.9. Die Elterngeometrie eines verrundeten Blockes mit Ausformschräge wird unmittelbar nach der Selektion der entsprechenden Schaltfläche deklariert und ist im Parameterfenster nicht sichtbar. Als Elterngeometrie kann nur eine geschlossene Skizze verwendet werden. Die Möglichkeiten, die Begrenzungselemente zu definieren, sind verglichen mit denen eines normalen Blockes eingeschränkt. Ihre Definition erfolgt über einen Höhenparameter und eine Ebene oder Fläche in den Bereichen „Erste Begrenzung“ und „Zweite Begrenzung“.

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3.4 Volumenkörper erzeugen Konstruktionsbaum

Geometrie

Tabelle 3.45: Beispiel eines verrundeten Blockes mit Ausformschräge

Als Führungselement und Orientierung wird automatisch die Skizzennormale ermittelt. Die Orientierung kann über die Schaltfläche „Richtung umkehren“ invertiert werden. Alle weiteren Parameter des Fensters beschreiben die Geometrie der Ausformschräge und der Verrundungen. Die Parameter der Ausformschräge sind im Bereich „Auszugsschräge“ zu finden, die der Verrundungen im Bereich „Verrundungen“. Das Feld „Seitlicher Radius“ bestimmt den Verrundungsradius der Kanten, die senkrecht zur Elterngeometrie liegen. Die Felder „Radius für erste Begrenzung“ und „Radius für zweite Begrenzung“ definieren die Radien der Kanten am ersten und zweiten Begrenzungselement. Wird ein Block nicht als zusammengesetzter Volumenkörper an eine andere Geometrie angefügt, wird der Radius der zweiten Begrenzung ignoriert. Das Beispiel von Tabelle 3.45 zeigt einen verrundeten Block mit Ausformschräge, der nicht als zusammengesetzter Volumenkörper erzeugt wurde. Während seiner Erstellung wurden nur die Parameter für den seitlichen und ersten Radius verwendet und daher nur zwei Verrundungsoperationen im Konstruktionsbaum angelegt. Bild 3.9: Parameter eines Blockes mit Ausformschräge und Verrundung

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3 CATIA-Basiswissen 3.4.3.4 Tasche Eine Tasche (Pocket) ist ein prismatischer Volumenkörper, der auf einer Skizze oder Fläche basiert und ein lineares Führungselement besitzt. Das Vorzeichen einer Tasche ist immer negativ, unabhängig davon, ob die Tasche als einzelner oder zusammengesetzter Volumenkörper erzeugt wird (Tabelle 3.46). Die Begrenzungselemente einer Tasche können durch Höhenparameter oder Begrenzungsflächen definiert werden. Die linke Spalte der Tabelle 3.46 zeigt eine Tasche als einzelnen Volumenkörper, basierend auf einer Kontur. Da die Tasche das erste Element des Körpers ist, ist auch das Vorzeichen des Körpers negativ. Die rechte Spalte stellt eine Tasche in einem zusammengesetzten Volumenkörper dar, die auf einer Fläche basiert. Da sich die Tasche in einem positiven Körper befindet, wird ihre Geometrie von dem Block abgezogen. Tabelle 3.46: Beispiele einer Tasche

Bild 3.10: Parameter einer Tasche

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Einzelner Volumenkörper

Zusammengesetzter Volumenkörper

3.4 Volumenkörper erzeugen Aufgrund ihrer Verwandtschaft mit einem Block (Abschnitt 3.4.2) verfügt eine Tasche über dieselben Parameter wie dieser. Ein CATIA-Fenster mit den Parametern einer Tasche zeigt Bild 3.10. Ein Vergleich mit Bild 3.7 verdeutlicht die Verwandtschaft der beiden Volumenkörperarten. Bezüglich der Erzeugung einer Tasche, verrundeten Tasche mit Ausformschräge und Mehrfachtasche sei deshalb auf die vorhergehenden Abschnitte verwiesen, in denen die Erzeugung eines Blockes beschrieben ist. 3.4.3.5 Welle Eine Welle (Shaft) ist ein rotationssymmetrischer Volumenkörper, der auf einer Skizze oder Fläche basiert und eine Achse als Führungselement besitzt. Das Vorzeichen einer Welle ist immer positiv. Ihre Begrenzungselemente werden durch Winkelparameter definiert. Das CATIA-Fenster mit den Parametern einer Welle zeigt Bild 3.11. Bild 3.11: Parameter einer Welle

Die Elterngeometrie einer Welle wird im Feld „Profil /Fläche“ deklariert. Als Elterngeometrie kann eine Fläche oder eine Skizze verwendet werden, die über eine offene bzw. eine oder mehrere geschlossene Konturen verfügt. Eine Kontur einer Welle gilt als geschlossen, wenn die Kontur einen geschlossenen Kurvenzug bildet oder die Enden der Kontur auf der Achse der Skizze enden (Tabelle 3.47, links und Mitte). Werden mehrere Konturen verwendet, müssen diese auf einer Seite der Achse liegen und dürfen sich nicht überschneiden (Tabelle 3.47, rechts). Ist die Elterngeometrie eine Fläche, wird deren Randkurve als Kontur verwendet.

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3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.47: Beispiele für die Elterngeometrie einer Welle

Geschlossener Kurvenzug

Begrenzung durch Achse

Mehrere Konturen

Entsteht durch die Erzeugung einer Welle ein zusammengesetzter Volumenkörper, kann eine offene Kontur als Elterngeometrie verwendet werden. Die Standardeinstellung ist, den Raum zwischen der offenen Kontur und der Wellenachse zu füllen (Tabelle 3.48, links). Die Füllrichtung kann über die Schaltfläche „Seite umkehren“ invertiert werden. In diesem Fall wird der Raum nach außen gefüllt (Tabelle 3.48, rechts). Tabelle 3.48: Offene Kontur bei einem zusammengesetzten Volumenkörper

Füllrichtung zur Achse

Füllrichtung nach außen

Ist die Option „Dickes Profil“ aktiviert, wird eine dünnwandige Welle erzeugt. Die Elterngeometrie einer dünnwandigen Welle kann eine offene bzw. eine oder mehrere geschlossene Konturen sein (Tabelle 3.49). Die Erzeugung einer dünnwandigen Welle ist nicht möglich, wenn die Elterngeometrie eine Fläche ist. In den Feldern „Aufmaß1“ und „Aufmaß2“ des Bereiches „Dünne Welle“ wird definiert, welchen Abstand die innere und äußere Begrenzung zur Kontur haben. Die Option „Neutrale Faser“ legt fest, ob die Begrenzungen einen gleichen Abstand zur Kontur besitzen. Das Feld „Aufmaß2“ wird in diesem Fall deaktiviert. Analog eines Blockes kann über die Option „Enden zusammenfügen“ beeinflusst werden, wie eine dünnwandige Welle innerhalb eines zusammengesetzten Volumenkörpers mit bestehender Geometrie verbunden wird (vgl. Abschnitt 3.4.3.1). Im Standardfall ist die Option deaktiviert. Das Führungselement wird im Feld „Achse /Auswahl“ deklariert. Verfügt die Skizze einer Welle über eine Achse, wird diese als Voreinstellung übernommen. Ein Anwender kann eine beliebige Linie als Führungselement definieren.

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3.4 Volumenkörper erzeugen Offene Kontur

Geschlossene Kontur

Mehrere Konturen

Tabelle 3.49: Beispiele einer dünnwandigen Welle

Die Orientierung einer Welle wird über die Rechte-Hand-Regel aus der Orientierung des Führungselementes bestimmt, wobei der Daumen in Richtung des Führungselementes zeigt. Die Orientierung kann über die Schaltfläche „Richtung umkehren“ invertiert werden. Die Orientierung wird bei der Definition einer Welle über einen kleinen orangefarbenen Pfeil dargestellt (Tabelle 3.50, links). Die Begrenzungselemente werden über zwei Winkelparameter definiert. Ein positiver Wert des ersten Winkelparameters wird in Richtung der Wellenorientierung gemessen, ein positiver Wert des zweiten Winkelparameters entgegengesetzt (Tabelle 3.50). Definition

Ergebnis

Tabelle 3.50: Begrenzungselemente einer Welle

3.4.3.6 Nut Eine Nut (Groove) ist ein rotationssymmetrischer Volumenkörper, der auf einer Skizze oder Fläche basiert und eine Achse als Führungselement besitzt. Ihre Begrenzungselemente werden durch Winkelparameter definiert. Das Vorzeichen einer Nut ist immer negativ. Die linke Spalte von Tabelle 3.51 zeigt eine Nut als einzelnen Volumenkörper. Da die Nut das erste Element des Körpers ist, ist auch das Vorzeichen des Körpers negativ. Die rechte Spalte stellt eine Nut in einem zusammengesetzten Volumenkörper dar. Da sich die Nut in einem positiven Körper befindet, wird ihre Geometrie von jener der Welle abgezogen.

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3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.51: Beispiele einer Nut

Einzelner Volumenkörper

Zusammengesetzter Volumenkörper

Aufgrund ihrer Verwandtschaft mit einer Welle (Abschnitt 3.4.2) verfügt eine Nut über dieselben Parameter wie diese. Ein CATIA-Fenster mit den Parametern einer Nut zeigt Bild 3.12. Ein Vergleich mit Bild 3.11 verdeutlicht die Verwandtschaft der beiden Volumenkörperarten. Bezüglich der Erzeugung einer Nut sei auf Abschnitt 3.4.3.5 verwiesen, in dem die Erzeugung einer Welle beschrieben ist. Bild 3.12: Parameter einer Nut

3.4.3.7 Rippe Eine Rippe (Rib) ist ein Translationskörper, der auf zwei Skizzen oder einer Skizze und Raumkurve basiert. Die erste Skizze definiert die Kontur, die zweite Skizze oder Raumkurve das Führungselement. Das Vorzeichen einer Rippe ist immer positiv. Ihre Begrenzungselemente werden durch die Länge des Führungselementes und die Lage der Kontur zum Führungselement beschrieben. Das CATIA-Fenster mit den Parametern einer Rippe zeigt Bild 3.13. Das Führungselement wird im Feld „Zentralkurve“ festgelegt. Als Führungselement kann eine Raumkurve oder eine Skizze verwendet werden, die eine offene oder geschlossene Kontur enthält. Eine Raumkurve muss tangentenstetig sein, eine planares Führungselement darf Ecken aufweisen.

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3.4 Volumenkörper erzeugen Bild 3.13: Parameter einer Rippe

Die Elterngeometrie wird im Feld „Profil“ deklariert. Als Elterngeometrie kann eine Skizze mit mindestens einer Kontur verwendet werden. Verfügt eine Skizze über mehrere Konturen, so müssen diese geschlossen sein und dürfen sich nicht schneiden (Tabelle 3.52, links). Wird eine Skizze mit nur einer Kontur verwendet, so darf die Kontur offen sein, wenn eine dünne Rippe erzeugt wird (Tabelle 3.52, Mitte). Die Erzeugung einer dünnen Rippe wird über die Option „Dickes Profil“ aktiviert. Über die Felder „Aufmaß 1“ und „Aufmaß 2“ kann dann die Stärke der Rippe zum Profil festgelegt werden. Soll das Profil immer mittig in der Rippe liegen, kann dies über die Option „Neutrale Faser“ erreicht werden. In diesem Fall wird das „Aufmaß 2“ deaktiviert. Die Option „Enden zusammenfügen“ funktioniert analog wie beim Volumenkörper „Block“. Ist die Kontur geschlossen, kann eine beliebige Art von Führungselement verwendet werden (Tabelle 3.52, rechts). Mehrere Konturen

Offene Kontur

Geschlossene Kontur

Tabelle 3.52: Beispiele für die Elterngeometrie einer Rippe

Die Ausrichtung eines Profils zum Führungselement kann zum einen durch die geometrische Lage der beiden Geometrien zueinander, zum anderen über die Art der Profilsteuerung beeinflusst werden.

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3 CATIA-Basiswissen Soll die relative geometrische Lage, die Profil und Führungselement in ihrer Ausgangslage zueinander haben, während einer Translation beibehalten werden, wird die Profilsteuerung „Winkel beibehalten“ verwendet (Tabelle 3.53, links). Die Neigung des Profils folgt dem Verlauf des Führungselementes. Durch die Auswahl der Profilsteuerung „Auszugsrichtung“ kann eine Neigung des Profils verhindert werden (Tabelle 3.53, Mitte). Im Feld „Profilsteuerung /Auswahl“ kann eine Linie oder Ebene angegeben werden, an der das Profil ausgerichtet wird. Der Verlauf einer Rippe kann an einer Fläche ausgerichtet werden, wenn die Profilsteuerung „Referenzfläche“ verwendet wird (Tabelle 3.53, rechts). Die Kontur folgt in diesem Fall der Fläche, die im Feld „Profilsteuerung /Auswahl“ festgelegt ist. Tabelle 3.53: Arten der Profilsteuerung

Winkel beibehalten

Auszugsrichtung

Referenzfläche

Die Begrenzungselemente einer Rippe können nicht explizit deklariert werden. Sie ergeben sich aus der Länge des Führungselementes und der Lage der Kontur dazu (Tabelle 3.54, links). Standardfall

Enden der Rippe zusammenfügen

Tabelle 3.54: Begrenzungselemente einer Rippe

Wird eine Rippe in einen zweiten Volumenkörper integriert, so dass ein zusammengesetzter Volumenkörper entsteht, kann über die Option „Enden der Rippe zusammenfügen“ eine Rippe automatisiert verlängert werden (Tabelle 3.54, rechts). CATIA extrapoliert das Führungselement linear und beschneidet die Rippe an den nächsten Teilflächen des Volumenkörpers.

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3.4 Volumenkörper erzeugen 3.4.3.8 Rille Eine Rille (Slot) ist ein Translationskörper, der auf zwei Skizzen oder einer Skizze und Raumkurve basiert. Die erste Skizze definiert die Kontur, die zweite Skizze oder Raumkurve das Führungselement. Ihre Begrenzungselemente werden durch die Länge des Führungselementes und die Lage der Kontur zum Führungselement beschrieben. Das Vorzeichen einer Rille ist immer negativ. Die linke Spalte von Tabelle 3.55 zeigt eine Rille als einzelnen Volumenkörper. Da die Rille das erste Element des Körpers ist, ist auch das Vorzeichen des Körpers negativ. Die rechte Spalte stellt eine Rille in einem zusammengesetzten Volumenkörper dar. Da sich die Rille in einem positiven Körper befindet, wird ihre Geometrie von jener des Blockes abgezogen. Einzelner Volumenkörper

Zusammengesetzter Volumenkörper

Tabelle 3.55: Beispiele einer Rille

Aufgrund ihrer Verwandtschaft mit einer Rippe (Abschnitt 3.4.2) verfügt eine Rille über dieselben Parameter wie diese. Ein CATIA-Fenster mit den Parametern einer Rille zeigt Bild 3.14. Ein Vergleich mit Bild 3.13 verdeutlicht die Verwandtschaft der beiden Volumenkörperarten. Bezüglich der Erzeugung einer Rille sei auf den vorhergehenden Abschnitt verwiesen, in dem die Erzeugung einer Rippe beschrieben ist. Bild 3.14: Parameter einer Rille

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3 CATIA-Basiswissen 3.4.3.9 Versteifung Eine Versteifung (Stiffener) ist ein prismatischer Volumenkörper, der auf einer Skizze basiert. Eine Versteifung kann nicht als einzelner Volumenkörper existieren, sondern nur als zusammengesetzter, da zum Beschnitt ihrer Geometrie immer Flächen eines zweiten Volumenkörpers benötigt werden. Das Vorzeichen einer Versteifung ist immer positiv. Ihre Begrenzungselemente werden durch Breitenparameter definiert. Ein CATIA-Fenster mit den Parametern einer Versteifung zeigt Bild 3.15. Bild 3.15: Parameter einer Versteifung

Die Elterngeometrie einer Versteifung wird im Feld „Profil /Auswahl“ deklariert. Als Profil kann eine Skizze mit einer oder mehreren Kurven verwendet werden. Wie viele Kurven zum Einsatz kommen können, wird durch den Modus der Versteifung bestimmt. Ist der Modus „Von der Seite“ aktiviert, darf die Skizze nur eine Kurve beinhalten. Die Kurvenenden müssen bestehende Volumengeometrie desselben Körpers berühren oder durchdringen. Die Begrenzungselemente der Versteifung werden parallel zur Skizzenebene gebildet (Tabelle 3.56, links). Über die Felder „Aufmaß 1“ und „Aufmaß 2“ kann der Abstand der Begrenzungselemente zur Skizzenebenen definiert werden. Die Orientierung von „Aufmaß 1“ zeigt in Richtung des Vektors der Skizzenebene. Die Orientierung kann über die Schaltfläche „Aufmaß /Richtung umkehren“ invertiert werden. Soll die Skizzenebene mittig in der Versteifung liegen, kann dies über die Option „Neutrale Faser“ festgelegt werden. Das Feld „Aufmaß 2“ wird in diesem Fall deaktiviert. Die Begrenzungselemente werden an der bestehenden Volumengeometrie des Körpers beschnitten, in den die Versteifung eingefügt wird. Die Beschnittflächen sind im Beispiel von Tabelle 3.56 gelb dargestellt. Wenn eine Versteifung auf beiden Seiten einer Kurve beschnitten werden kann, kann über die Schaltfläche „Tiefe /Richtung umkehren“ die verwendete Seite bestimmt werden (Tabelle 3.57).

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3.4 Volumenkörper erzeugen Wird der Modus „Von oben“ verwendet, darf eine Skizze mehrere Kurven beinhalten. Die Begrenzungselemente der Versteifung liegen in diesem Fall senkrecht zur Skizzenebene mit einem Parallelabstand zur den Kurven (Tabelle 3.56, Mitte und rechts). Der Parallelabstand eines Begrenzungselementes zu einer Kurve wird durch die Felder „Aufmaß 1“ und „Aufmaß 2“ analog des Modus „Von der Seite“ definiert. Das Kreuzprodukt der Vektoren der Skizzenebene und jeweils einer Kurve bestimmt die Orientierung von „Aufmaß 1“. Die Orientierung wird für jede Kurve einzeln ermittelt, kann allerdings über die Schaltfläche „Aufmaß /Richtung umkehren“ nur global für alle Kurven invertiert werden. Eine Kurve Von der Seite

Standardfall

Mehrere Kurven Von oben

Von oben

Invertierte Tiefe

Tabelle 3.56: Elterngeometrie einer Versteifung

Tabelle 3.57: Beispiel einer invertierten Tiefe

3.4.3.10 Bohrung Eine Bohrung (Hole) ist ein Volumenkörper mit einem linearen Führungselement, der auf einer Skizze basiert. Die Begrenzungselemente einer Bohrung werden durch Tiefenparameter, Ebenen oder Flächen definiert. Das Vorzeichen einer Bohrung ist immer negativ. Ein CATIA-Fenster mit den Parametern einer Bohrung zeigt Bild 3.16. Die Elterngeometrie einer Bohrung ist eine Skizze, die einen Punkt enthält, und eine Ebene oder Teilfläche eines Volumenkörpers. Der Punkt und die Ebene bzw. Teilfläche werden zu Beginn eines Bohrungsdialoges selektiert. Wenn der selektierte Punkt nicht auf der Ebene oder Teilfläche liegt, wird er auf diese projiziert und eine neue Skizze erzeugt. Eine Bohrung ist standardmäßig entgegen des Richtungsvektors der Ebene oder Teilfläche ausgerichtet. Über eine Selektion der Schaltfläche „Umkehren“ kann die Orientierung invertiert werden.

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3 CATIA-Basiswissen Bild 3.16: Parameter einer Bohrung

Das Führungselement einer Bohrung ist eine Gerade, die standardmäßig senkrecht zur Ebene oder Teilfläche orientiert ist (Tabelle 3.58, links). Wird die Option „Senkrecht zur Fläche“ deaktiviert, kann ein selbstdefiniertes lineares Führungselement über das Feld „Richtung“ deklariert werden (Tabelle 3.58, rechts). Tabelle 3.58: Beispiele für die Elterngeometrie und das Führungselement einer Bohrung

Automatisch erzeugtes Führungselement

Manuell definiertes Führungselement

Das Begrenzungselement einer Bohrung wird in Abhängigkeit vom Bohrtyp entweder über einen Tiefenparameter, eine Ebene oder eine Fläche in den Feldern „Tiefe“ oder „Begrenzung“ definiert. Wird eine Begrenzung verwendet, kann über den Parameter „Offset“ der Abstand des Bohrungsbodens zum begrenzenden Element festgelegt werden. Ein positiver Offset verlängert eine Bohrung über das begrenzende Element hinaus, ein negativer verkürzt diese. Einen Überblick über die Bohrtypen und die zugehörigen Parameter gibt Tabelle 3.59. Ist der Bohrtyp „Sackloch“, wird das Begrenzungselement durch einen Parameter „Tiefe“ definiert. Als zusätzlicher Parameter steht in diesem Fall die Ausprägung des

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3.4 Volumenkörper erzeugen Bohrungsbodens zur Verfügung, die im Feld „Boden“ als flacher oder spitzer Boden ausgewählt werden kann. Im Feld „Boden /Winkel“ wird im Fall eines spitzen Bodens der Spitzenwinkel festgelegt. Ein „Offset“ zum Bohrungsboden kann nicht definiert werden. Ist der Bohrtyp „Bis zum nächsten“ oder „Bis zum letzten“, wird das Begrenzungselement automatisch ermittelt. Diese Bohrtypen können nur dann verwendet werden, wenn eine Bohrung als zusammengesetzter Volumenkörper erzeugt wird, da auf vorhandene Teilflächen eines Volumenkörpers in demselben Körper zugegriffen wird, in dem die Bohrung erstellt wird. Bei den Bohrtypen „Bis Ebene“ und „Bis Fläche“ kann ein Anwender das Begrenzungselement direkt im Feld „Begrenzung“ deklarieren. Sackloch

Bis zum nächsten Bis zum letzten

Bis Ebene

Bis Fläche

Tiefe

Offset

Begrenzung, Offset

Begrenzung, Offset

Offset

Tabelle 3.59: Bohrtypen und deren Parameter

Im Gegensatz zu den übrigen Volumenkörperarten kann die Gestalt einer Bohrung wesentlich über ihre Parameter beeinflusst werden. Hierzu gehören zusätzlich deren Formtyp und Gewindedefinition: Der Formtyp einer Bohrung bestimmt deren Form und wird in der Karte „Typ“ festgelegt (Bild 3.17). Als Formtypen stehen eine normale, konische, planeingesenkte, profilgesenkte und formgesenkte Form zur Auswahl. In der Karte „Typ“ werden für jeden Formtyp Parameter bereitgestellt, mit denen die Abmessungen eines Formtyps definiert werden können. Eine Aufstellung aller Formtypen und deren Parametern gibt Tabelle 3.60. Normal

Konisch

Planeingesenkt

Profilgesenkt

Formgesenkt

keine

Winkel

Durchmesser, Tiefe, Bezugspunkt

Durchmesser, Tiefe, Winkel (je zwei)

Durchmesser, Tiefe, Winkel, Bezugspunkt

Tabelle 3.60: Übersicht der Formtypen einer Bohrung und deren Parameter

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3 CATIA-Basiswissen Eine Bohrung des Formtyps „Planeingesenkt“ und „Formgesenkt“ verfügt zusätzlich über einen Bezugspunkt. Der Bezugspunkt legt fest, ob sich die Elterngeometrie der Bohrung auf den Beginn der Bohrung oder den Senkungsgrund bezieht. Soll der Punkt am Beginn einer Bohrung liegen, ist die Option „Außen“ zu aktivieren. Soll die Elterngeometrie der Bohrung den Senkungsgrund markieren, wird die Option „Auf Senkungsfläche“ verwendet. Der Bezugspunkt wird in der Karte „Typ“ durch einen roten Punkt in der Abbildung der Bohrung dargestellt (Bild 3.17, rechts oben). Bild 3.17: Karte „Typ“ und deren Parameter

Um ein Gewinde zu definieren, muss die Option „Gewinde“ der Karte „Gewindedefinition“ aktiviert werden (Bild 3.18). Im Bereich „Gewindedefinition“ können alle Parameter des Gewindes festgelegt werden. Ein besonderes Augenmerk verdient der Parameter „Typ“. Über ihn kann bestimmt werden, ob es sich um ein metrisches Standardgewinde, Feingewinde oder freies Gewinde handelt. Die hinterlegten Gewindetabellen entsprechen laut Dokumentation des Herstellers den Normen „NF E03-053-1970“ und „NF E03-051-1982“. Ein Anwender hat die Möglichkeit, eine eigene Gewindetabelle festzulegen. Hierzu wird die Schaltfläche „Hinzufügen“ selektiert und eine Text- oder Exceltabelle angegeben, in der eine selbstdefinierte Gewindereihe hinterlegt ist. Die Tabelle muss vier Spalten umfassen. Die Spalten definieren folgende Gewindeparameter: „Äußerer Durchmesser“, „Steigung“, „Innerer Durchmesser“ und „Benennung“. Ein Beispiel einer eigenen Gewindetabelle zeigt Bild 3.19. Es ist eine Gewindereihe mit zwei Gewinden „M10-Extra“ und „M12-Extra“ definiert worden. Wird die Gewindetabelle in CATIA eingehängt, kann diese über das Auswahlfeld „Typ“ angewählt werden. Als Typenbezeichnung wird der Dateiname der Gewindetabelle verwendet. Das Gewinde selbst wird über das Auswahlfeld „Gewindedurchmesser“ ausgewählt. In dem Auswahlfeld wird die Benennung aus der vierten Spalte der Gewindetabelle angezeigt.

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3.4 Volumenkörper erzeugen Bild 3.18: Karte „Gewindedefinition“ und deren Parameter

Bild 3.19: Beispiel einer selbstdefinierten Gewindetabelle in EXCEL

3.4.3.11 Kombinieren Ein Volumenkörper „Kombinieren“ (Solid Combine) ist eine Verschneidung zweier prismatischer Volumenkörper, die auf einer Kontur oder Fläche basieren und ein lineares Führungselement besitzen. Das Vorzeichen eines Volumenkörpers „Kombinieren“ ist immer positiv. Seine Begrenzungselemente werden implizit durch die Elterngeometrie der verschnittenen Prismen definiert. Das CATIA-Fenster mit den Parametern eines Volumenkörpers „Kombinieren“ zeigt Bild 3.20. Bild 3.20: Parameter eines Volumenkörpers „Kombinieren“

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3 CATIA-Basiswissen Die Elterngeometrie wird über die Felder „Profil“ deklariert. Als Elterngeometrie können zwei geschlossene Konturen oder Flächen angegeben werden. Auch eine Kombination beider Fälle ist möglich (Tabelle 3.61). Wird eine Fläche verwendet, erfolgt eine Extrusion ihrer Randkurve. Die Randkurve einer Fläche ist in den Abbildungen der Tabelle grün markiert. Ist die Elterngeometrie eine Kontur, wird als Führungselement die Normale zur Kontur verwendet, wenn die Option „Senkrecht zum Profil“ aktiviert ist. Soll ein anderes Führungselement als die Normale verwendet werden, kann dieses über das Feld „Richtung“ deklariert werden. Die Option „Senkrecht zum Profil“ ist in diesem Fall zu deaktivieren. Das Führungselement kann eine Linie oder Ebene sein. Wird als Elterngeometrie eine Fläche verwendet, muss ein Führungselement deklariert werden. In den beiden rechten Spalten der Tabelle 3.61 ist das Führungselement einer Fläche stichpunktiert in der Farbe der Fläche dargestellt. Die Begrenzungselemente werden automatisch über die Seitenflächen der beiden verschnittenen Prismen berechnet. Tabelle 3.61: Elterngeometrie eines Volumenkörpers „Kombinieren“

Zwei Konturen

Eine Kontur und eine Fläche

Zwei Flächen

3.4.3.12 Loft Ein Loft ist ein Volumenkörper basierend auf zwei oder mehreren Konturen, die eine Übergangsfläche aufspannen. Das Vorzeichen eines Lofts ist immer positiv. CATIA intern werden dieselben Algorithmen wie für das Objekt „Übergangsfläche“ verwendet, so dass das Parameterfenster eines Lofts genau dieselben Parameter aufweist (Bild 3.21). Die Elterngeometrie eines Lofts wird über mindestens zwei geschlossene Konturen definiert, die in der Spalte „Schnitt“ angegeben werden. Eine geschlossene Kontur darf als Skizze, planare Kurve oder planarer Kurvenzug erstellt sein. Im Standardfall werden Stellen tangentialer Unstetigkeit eines Konturzugs als Kopplungspunkte erkannt und linear verbunden (Tabelle 3.62). Ein Kopplungspunkt ist ein Punkt auf einer Kontur, der vom Loft-Algorithmus über eine Verbindungskurve mit den anderen Konturen verknüpft wird. In der Spalte „Tangente“ kann zu jeder Kontur eine Fläche deklariert werden, zu der die Übergangsfläche eines Lofts tangential verlaufen soll. Um eine Fläche zu deklarieren, wird unmittelbar nach der Selektion einer Kontur eine entsprechende Fläche selektiert. Eine Tangentendefinition kann über die Befehle „Tangente ersetzten“ oder

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3.4 Volumenkörper erzeugen „Tangente löschen“ des Kontextmenüs nachträglich geändert oder aufgehoben werden. Das Kontextmenü erscheint durch eine Betätigung der rechten Maustaste in dem weißen Bereich einer Schnittdefinition. In Tabelle 3.62 sind diese Flächen türkis eingefärbt. Bild 3.21: Parameter eines Lofts

Eine geschlossene Kontur besitzt keinen Anfang und kein Ende. Für die Verbindung zweier Konturen wird allerdings ein geometrischer Bezugspunkt benötigt, von dem aus beginnend die Übergangsfläche berechnet wird. Der geometrische Bezugspunkt einer Kontur wird in der Spalte „Endpunkt“ festgelegt. Ein Löschen oder Ändern eines Endpunktes erfolgt über das Kontextmenü analog einer Tangentendefinition. In Tabelle 3.62 sind Endpunkte einer Kontur grün markiert. Bei der Definition eines Endpunktes wird die Orientierung einer Kontur durch einen kleinen orangefarbenen Pfeil dargestellt. Durch eine Selektion des Pfeils kann die Orientierung invertiert werden. Standardfall

Mit Tangentendefinition

Versetzte Endpunkte

Tabelle 3.62: Beispiele der Elterngeometrie eines Lofts

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3 CATIA-Basiswissen Der Flächenübergang eines Lofts kann durch Führungselemente gezielt gesteuert werden. Ein Führungselement kann eine Führungs- oder Leitkurve sein. Eine Führungskurve ist eine Skizze oder Kurve, die Kopplungspunkte miteinander verbindet. Im Standardfall sind dies Linien zwischen den Kopplungspunkten der Konturen. Für jede Kopplung kann explizit eine Führungskurve festgelegt werden. Eine manuelle Führungskurve wird in der Spalte „Führungselement“ der Karte „Führungselemente“ deklariert (Bild 3.21). Über eine Tangentendefinition kann zusätzlich die Ausrichtung einer Teilfläche des Lofts zur Führungskurve beeinflusst werden. Eine Leitkurve steuert global den Verlauf zwischen den Konturen eines Lofts analog des Führungselementes einer Rippe (Abschnitt 3.4.3.7). Eine Leitkurve wird im Feld „Leitkurve“ der Karte „Leitkurve“ deklariert. Tabelle 3.63 zeigt die Auswirkung einer Verwendung von Führungs- und Leitkurven anhand von drei Beispielen. Wird eine Führungskurve manuell definiert, wird für alle anderen anstelle einer Linie ein ähnlicher Verlauf gewählt (links). Sollen die anderen Führungskurven linear bleiben, sind diese explizit als Linien zu definieren (Mitte). Über eine Leitkurve wird global der Verlauf des gesamten Flächenübergangs beeinflusst (rechts). Tabelle 3.63: Beispiele für Führungselemente eines Lofts

Eine Führungskurve

Mehrere Führungskurven

Leitkurve

Die Verbindungskurven zwischen den Kopplungspunkten eines Lofts werden vom Algorithmus automatisch gefunden, wenn die Anzahl der Kopplungspunkte der beteiligten Konturen gleich ist. Die Erkennung eines Kopplungspunktes kann über das Auswahlfeld „Abschnittverbindung“ der Karte „Verbindung“ beeinflusst werden. Ist als Abschnittverbindung „Tangentenstetigkeit“ gewählt, wird zwischen Stellen einer tangentialen Unstetigkeit ein Kopplungspunkt erkannt (Tabelle 3.64, links oben). Ein Kopplungspunkt ist in der Tabelle rot dargestellt, sofern es sich nicht um einen grünen Endpunkt einer Kontur handelt. Die Auswahl „Tangentenstetigkeit, dann Krümmung“ legt fest, dass an Stellen mit einer Tangenten- oder Krümmungsunstetigkeit ein Kopplungspunkt gebildet wird (Tabelle 3.64, rechts oben). Die beteiligten Konturen müssen gleich viele Stellen tangentialer Unstetigkeit aufweisen, zwischen diesen Stellen gleich viele mit einem Krümmungssprung.

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3.4 Volumenkörper erzeugen Die Abschnittverbindung „Scheitelpunkte“ ermittelt einen Kopplungspunkt an dem Ende jedes Teilstückes einer Kontur (Tabelle 3.64, links unten). Das dargestellte Beispiel wäre mit der Auswahl „Tangentenstetigkeit, dann Krümmung“ nicht zu erzeugen, da die obere Kontur vier Stellen mit tangentialer Unstetigkeit besitzt, die untere aber fünf. Ist die Anzahl der Teilstücke und der Unstetigkeitsstellen zweier Konturen unterschiedlich, kann die Abschnittverbindung „Faktor“ verwendet werden. Die Konturzüge werden ausgehend von ihren Endpunkten gleichmäßig über die Länge aufgeteilt und verbunden (Tabelle 3.64, rechts unten). Tangentenstetigkeit

Tangentenstetigkeit, dann Krümmung

Scheitelpunkte

Faktor

Tabelle 3.64: Arten der Abschnittverbindung und deren Kopplungspunkte

Verfügen die Konturen eines Lofts über eine unterschiedliche Anzahl von Kopplungspunkten, findet der Algorithmus die Verbindungen nicht automatisch. Die Verbindungen können dann manuell in der Liste „Verbindung“ der Karte „Verbindung“ definiert werden. Hierzu wird die Liste durch eine Selektion aktiviert und anschließend die zu verbindenden Punkte der beteiligten Konturen selektiert. Es ist auf die richtige Selektionsreihenfolge zu achten: Erst einen Punkt in der ersten Kontur, dann in der zweiten und so fort. Ein Beispiel gibt Tabelle 3.65. Als Begrenzungselemente eines Lofts werden standardmäßig dessen äußerste Konturebenen verwendet (Tabelle 3.66, links). Wenn ein Loft über eine Leit- oder Führungskurve definiert ist, die über die äußersten Konturebenen hinausragt, kann ein Anwender einen Loft am Ende der Kurve begrenzen. Hierzu werden die Optionen „Loft neu begrenzt auf Startbereich“ oder „Loft neu begrenzt auf Endbereich“ in der

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3 CATIA-Basiswissen Karte „Neubegrenzung“ deaktiviert. Als Begrenzungselemente werden dann die Ebenen verwendet, die zur Kurve in den Kurvenendpunkten senkrecht stehen (Tabelle 3.66, rechts). Es ist eine beliebige Kombination beider Optionen anwendbar. Tabelle 3.65: Verknüpfung von Konturen mit unterschiedlicher Anzahl von Kopplungspunkten

Definition

Ergebnis

Tabelle 3.66: Begrenzungselemente eines Lofts

Standardfall

Neubegrenzung deaktiviert

3.4.3.13 Entfernter Loft Ein entfernter Loft (Removed Loft) ist ein Volumenkörper basierend auf zwei oder mehreren Konturen, die eine Übergangsfläche aufspannen. Das Vorzeichen eines entfernten Lofts ist immer negativ. Die linke Spalte von Tabelle 3.67 zeigt einen entfernten Loft als einzelnen Volumenkörper. Da der entfernte Loft das erste Element des Körpers ist, ist auch das Vorzeichen des Körpers negativ. Die rechte Spalte stellt einen entfernten Loft in einem zusammengesetzten Volumenkörper dar. Da sich der entfernte Loft in einem positiven Körper befindet, wird seine Geometrie von jener des Blockes abgezogen. Aufgrund seiner Verwandtschaft mit einem Loft (Abschnitt 3.4.2) verfügt ein entfernter Loft über dieselben Parameter wie dieser. CATIA intern werden dieselben Algorithmen verwendet, so dass das Parameterfenster eines entfernten Lofts genau die gleichen Parameter aufweist (Bild 3.22). Ein Vergleich mit Bild 3.21 verdeutlicht die Verwandtschaft der beiden Volumenkörperarten.

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3.4 Volumenkörper erzeugen Einzelner Volumenkörper

Zusammengesetzter Volumenkörper

Tabelle 3.67: Beispiele eines entfernten Lofts

Bezüglich der Erzeugung eines entfernten Lofts sei auf den vorhergehenden Abschnitt verwiesen, in dem die Erzeugung eines Lofts beschrieben ist. Bild 3.22: Parameter eines entfernten Lofts

3.4.3.14 Aufmaßfläche Eine Aufmaßfläche (Thick Surface) ist ein Volumenkörper, der auf einer Fläche basiert. Die Fläche wird normal zur Fläche in einer oder beiden Richtungen aufgedickt. Ein CATIA-Fenster mit den Parametern einer Aufmaßfläche zeigt Bild 3.23. Bild 3.23: Parameter einer Aufmassfläche

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3 CATIA-Basiswissen Die Elterngeometrie einer Aufmaßfläche kann eine einzelne Fläche, ein Flächenverband oder eine Teilfläche eines Volumenkörpers sein. Sie wird im Feld „Objekt für Offset“ deklariert. Im Dialog mit CATIA wird die Elterngeometrie unmittelbar nach einer Selektion der Schaltfläche „Aufmaßfläche“ angegeben. Die Begrenzungselemente einer Aufmaßfläche sind Parallelflächen zur Elterngeometrie und werden über die zwei Parameter „Erster Offset“ und „Zweiter Offset“ definiert. Ist einer der beiden Offsets gleich Null, fallen Elterngeometrie und Begrenzungselement zusammen (Tabelle 3.68, links). Der Wert eines Offsets darf nicht den kleinsten konkaven Krümmungsradius einer Elterngeometrie überschreiten, da sonst in einem Begrenzungselement ein Knick entstehen würde. Eine Ausnahme besteht, wenn die Elterngeometrie ein zusammengesetzter Flächenverband und die konkave Teilfläche von anderen Teilflächen eingerahmt ist (Tabelle 3.68, rechts). CATIA kann dann in vielen Fällen über die Teilflächen des Flächenverbandes das Begrenzungselement dennoch bestimmen. Der erste Offset wird in Richtung der Orientierung der Aufmaßfläche gemessen, der zweite entgegengesetzt. Die Orientierung ist standardmäßig in Richtung der Orientierung der Elterngeometrie ausgerichtet. Über die Schaltfläche „Richtung umkehren“ kann die Orientierung invertiert werden. Eine Aufmaßfläche besitzt kein Führungselement. Tabelle 3.68: Beispiele einer Aufmaßfläche

Offset kleiner als Krümmungsradius

Offset größer als Krümmungsradius

3.4.3.15 Fläche schließen Ein Objekt „Fläche schließen“ (Close Surface) ist ein Volumenkörper, der auf einer Fläche basiert. Die Fläche beschreibt die Außenhaut des Volumenkörpers. Ein Fenster mit den Parametern eines Volumenkörpers „Fläche schließen“ zeigt Bild 3.24. Bild 3.24: Parameter des Volumenkörpers „Fläche schließen“

90

3.4 Volumenkörper erzeugen Die Elterngeometrie eines Volumenkörpers „Fläche schließen“ wird im Feld „Zu schließendes Objekt“ deklariert. Als Elterngeometrie kann eine Fläche oder ein Flächenverband verwendet werden, der entweder einen vollständig abgeschlossenen Hohlraum bildet oder einen Hohlraum mit planaren Öffnungen. Eine planare Öffnung ist eine Öffnung, deren Randkurve auf einer Ebene liegt. Tabelle 3.69 gibt hierzu zwei Beispiele. In der linken Spalte ist eine gültige Elterngeometrie abgebildet. Alle Öffnungen besitzen planare Randkurven, so dass die Öffnungen vom Algorithmus geschlossen und der Volumenkörper erstellt werden kann. In der rechten Spalte ist eine ungültige Elterngeometrie mit einer nicht planaren Öffnung dargestellt. Die Orientierung des Volumenkörpers ist immer in Richtung des Hohlraumes ausgerichtet und kann nicht verändert werden. Seine Begrenzungselemente sind die Elterngeometrie und die ebenen Flächenstücke, die über die planaren Öffnungen gelegt werden. Ein Volumenkörper „Fläche schließen“ besitzt kein Führungselement. Gültige Elterngeometrie und Volumenkörper

3.4.4

Ungültige Elterngeometrie

Tabelle 3.69: Beispiele für die Elterngeometrie eines Volumenkörpers „Fläche schließen“

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Wenn bei der Erzeugung oder Änderung eines Volumenkörpers ein Parameter (Abschnitt 3.4.1) verwendet oder geändert wird, mit dem die Berechnung des Volumens nicht möglich ist, wird von CATIA eine Fehlermeldung ausgegeben. In diesem Abschnitt sind die wichtigsten Fehlermeldungen und deren Ursachen beschrieben, die bezüglich eines Volumenkörpers vom System gemeldet werden. Einem Leser sei zusätzlich empfohlen, sich mit dem Kapitel 4, „CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps“, vertraut zu machen, da viele Fehler durch eine entsprechende Methodik vermieden werden können. 3.4.4.1 „Mehrere offene Konturen (Several open contours)“ Wird die Skizze eines skizzenbasierten Volumenkörpers geändert, kann folgende Fehlermeldung erscheinen:

91

3 CATIA-Basiswissen Deutsch Englisch

„Das angegebene Profil enthält mehrere offene Konturen oder für die Konstruktion verwendete Geometrie.“ „The specified profile contains several open contours or some geometry used for construction.“ Eine Ursache kann sein, dass die Skizze Linien, Punkte oder Kurven enthält, die nicht zur Kontur des Volumenkörpers gehören, aber als Standardelemente in der Skizze definiert sind (Tabelle 3.70, links). Ein Standardelement wird als Volllinie oder –kurve in einer Skizze angezeigt. Der Fehler kann beseitigt werden, indem entweder die überzähligen Elemente gelöscht oder in Konstruktionselemente umgewandelt werden (Tabelle 3.70, rechts). Ein Konstruktionselement wird in einer Skizze gestrichelt dargestellt und nicht als Kontur zur Bildung eines Volumenkörpers herangezogen (Abschnitt 3.3). Wird eine Skizze mit mehreren Konturen verwendet, kann eine weitere Ursache sein, dass eine der Konturen nicht geschlossen ist (Tabelle 3.71, links). Der Fehler wird in diesem Fall behoben, indem die fehlerhafte Kontur geschlossen wird (Tabelle 3.71, rechts). In beiden Fällen kann die Skizzieranalyse helfen, die im Skizzierer (Sketcher) über den Befehl „Tools /Skizzieranalyse“ aufgerufen wird. Die Skizzieranalyse erlaubt es, fehlerhafte Geometrie schnell zu identifizieren (Abschnitt 3.3.3).

Tabelle 3.70: Beispiel eines Fehlers „Mehrere offene Konturen“, Ursache 1

Fehlerursache

Lösung

Die Skizze enthält eine Hilfslinie, die als Stan- Über die Skizziertools wird die Hilfslinie in ein dardelement definiert ist und nicht zur Kontur Konstruktionselement umgewandelt. Ein Kongehört. struktionselement ist gestrichelt dargestellt.

92

3.4 Volumenkörper erzeugen Fehlerursache

Lösung

Die Skizze enthält zwei Konturen. Die innere Kontur ist nicht vollständig geschlossen.

Tabelle 3.71: Beispiel eines Fehlers „Mehrere offene Konturen“, Ursache 2

Die fehlerhafte Kontur wird zu einem geschlossenen Kurvenzug ergänzt.

3.4.4.2 „Offenes Profil (Open profile)“ Wird die Skizze eines skizzenbasierten Volumenkörpers geändert, der an der ersten Stelle eines Körpers steht, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Es kann kein offenes Profil für die erste Komponente des aktuellen Körpers verwendet werden.“ „You can’t use an open profile for the first feature of the current body.“

Deutsch Englisch

Die Ursache ist, dass der Kurvenzug der Kontur nicht geschlossen ist (Tabelle 3.72, links). Um den Fehler zu beheben, kann die Kontur zu einem geschlossenen Kurvenzug ergänzt werden (Tabelle 3.72, Mitte). Eine weitere Lösung besteht darin, den Volumenkörper als dünnwandigen Volumenkörper zu definieren, falls es sich um einen Block, eine Tasche, eine Rippe oder eine Rille handelt (Tabelle 3.72, rechts). Fehlerursache

Die Kontur des Volumenkörpers ist nicht geschlossen.

Lösung 1

Lösung 2

Tabelle 3.72: Beispiel eines Fehlers „Offenes Profil“

Der Kurvenzug der Kontur wird Es wird ein dünnwandiger Voergänzt, so dass eine geschlos- lumenkörper definiert. sene Kurve vorliegt

93

3 CATIA-Basiswissen 3.4.4.3 „Skizze muss geschlossen sein (Sketch has to be closed)“ Wird eine Welle oder Nut erzeugt oder deren Skizze geändert, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Die ausgewählte Skizze muss geschlossen oder auf der Achse geschlossen sein.“ „The selected sketch has to be closed or to be closed by the axis.“ Die Ursache ist, dass in der Skizze eine offene Kontur verwendet wird, deren Enden nicht auf der Rotationsachse liegen (Tabelle 3.73, links). Eine Lösung ist, die Kontur so zu korrigieren, dass deren Enden auf der Rotationsachse zum Liegen kommen (Tabelle 3.73, rechts).

Tabelle 3.73: Beispiel eines Fehlers „Skizze muss geschlossen sein“

Fehlerursache

Die offene Kontur endet nicht auf der Rotationsachse.

3.4.4.4

Lösung

Die Kontur wird so korrigiert, dass die Enden ihres Kurvenzugs auf der Achse liegen.

„Topologische Operatoren (Topological operators)“

Wird ein Volumenkörper geändert, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: Deutsch Englisch

„Topologische Operatoren: Ein interner Fehler führt zu einer falschen geometrischen Konfiguration.“ „Topological Operators: an internal error leads to a bad geometrical configuration.“ Prinzipiell bedeutet dies, dass die Parameter des Volumenkörpers keine Erzeugung der Geometrie erlauben. Dabei kann es sich um eine fehlerhafte Elterngeometrie handeln oder um Parameter, deren Kombination nicht sinnvoll ist. Handelt es sich um einen skizzenbasierten Volumenkörper, kann eine Ursache sein, dass die Kontur des Volumenkörpers nicht geschlossen ist. Dieser Fehler entspricht dann der Fehlermeldung „Offenes Profil“ und tritt dann auf, wenn sich der fehlerhafte Volumenkörper nicht an erster Position in einem Körper befindet. Bezüglich der Lösungsmöglichkeiten sei auf Abschnitt 3.4.4.2, „Offenes Profil“, verwiesen.

94

3.4 Volumenkörper erzeugen 3.4.4.5

„Skizze nicht zulässig (Sketch isn’t valid)“

Wird die Skizze eines skizzenbasierten Volumenkörpers geändert, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Die ausgewählte Skizze ist für die zu erzeugende Komponente nicht zulässig.“ „The selected sketch isn’t valid for the feature you want to create.“

Deutsch Englisch

Enthält die Skizze mehrere Konturen, kann die Ursache darin liegen, dass sich eine Kontur mit einer zweiten überlappt (Tabelle 3.74, links). Eine Lösung ist, die Überlappung durch eine Änderung der betroffenen Konturen aufzuheben (Tabelle 3.74, Mitte). Ist die Überlappung gewünscht, kann mit einem zweiten Volumenkörper gearbeitet werden, der als Abzugsgeometrie dient. Im dargestellten Beispiel wurde hierfür eine Tasche verwendet (Tabelle 3.74, rechts). Fehlerursache

Die Skizze enthält zwei sich überlappende Konturen.

3.4.4.6

Lösung 1

Lösung 2

Die Konturen der Skizze werden so geändert, dass keine Überlappung vorliegt.

Es werden zwei Volumenkörper mit unterschiedlichem Vorzeichen verwendet.

Tabelle 3.74: Beispiel eines Fehlers „Skizze nicht zulässig“

„Offset-Wert führt zu Degenerierung (Offset value leads to degeneration)“

Wird die Elterngeometrie einer Aufmaßfläche verändert oder ausgetauscht, kann folgender Fehler auftreten: „Aktueller Offset-Wert führt zu einer Degenerierung einer Fläche: Körper kann nicht erstellt werden.“ „The current offset value leads to a local degeneration on a surface: body cannot be build.“

Deutsch Englisch

Eine Ursache liegt darin, dass der Krümmungsradius in konkaven Bereichen der Fläche größer ist als das Aufmaß. CATIA kann dann nicht die Begrenzungselemente des Volumenkörpers generieren (Tabelle 3.75, links oben). Der Fehler kann auf drei verschiedene Arten behoben werden:

95

3 CATIA-Basiswissen Darf die Fläche nicht verändert werden, kann ein geringeres Aufmaß verwendet werden (Tabelle 3.75, Lösung 1). Damit ist der Fehler zwar behoben, aber konstruktiv ist diese Lösung meistens ungenügend, da eine bestimmte Wandstärke vorgegeben ist. Soll die Fläche beibehalten und eine größere Wandstärke erreicht werden, kann mit einem Volumenkörper des Typs „Fläche schließen“ gearbeitet werden (Tabelle 3.75, Lösung 2). In diesem Fall muss die zweite Begrenzung manuell konstruiert werden. Für Bauteile, die von einem Designer vorgegebene Oberflächen besitzen, wird in der Regel diese Lösung bevorzugt. Darf die Fläche verändert werden, empfiehlt es sich, die Ursache des Problems zu beseitigen und Stellen mit extremer Krümmung zu bereinigen (Tabelle 3.75, Lösung 3). Diese Lösung beseitigt das gegebene Problem wirklich und sollte immer dann bevorzugt werden, wenn die Fläche in der eigenen Konstruktionshoheit liegt. Tabelle 3.75: Beispiel eines Fehlers „Offset-Wert führt zu Degenerierung“

Fehlerursache

Lösung 1

Da das Aufmaß größer ist als der Krümmungs- Das Aufmaß wird verringert. Diese Lösung ist radius in Teilbereichen der Fläche, kann die konstruktiv nicht immer sinnvoll. Aufmaßfläche nicht berechnet werden. Lösung 2

Lösung 3

Es wird die zweite Begrenzung manuell konFalls die Fläche verändert werden darf, wird die struiert und ein Volumenkörper des Typs „Fläche Fläche geglättet und mit einem Flächenverschließen“ verwendet. band gearbeitet.

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3.4 Volumenkörper erzeugen 3.4.4.7

„Selbst schneidende Fläche (Self-intersecting surface)“

Wird das Führungselement oder die Kontur einer Rippe oder Rille geändert, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: „Toruserzeugung: Die Parameter definieren eine sich selbst schneidende Fläche.“ „Torus creation: The parameters define a self-intersecting surface“

Deutsch Englisch

Die Ursache liegt darin begründet, dass die Ausdehnung des Profils gemessen zum Führungselement größer ist als ein Krümmungsradius des Führungselementes (Tabelle 3.76, links). Das führt zu einer Eigendurchdringung der Hüllfläche des Volumenkörpers. Die Eigendurchdringung ist in der linken Tabellenspalte durch die rote Kurve angedeutet. Eine Lösung ist, die Führungskurve an der Problemstelle scharfkantig zu gestalten (Lösung 1). Eine zweite Lösung kann sein, den Radius an der Problemstelle zu vergrößern (Lösung 2). Fehlerursache

Lösung 1

Die Krümmung der Führungs- Die Führungskurve wird kurve ist zu groß bzw. das Pro- scharfkantig gestaltet. fil zu breit.

3.4.4.8

Lösung 2

Tabelle 3.76: Beispiel eines Fehlers „Selbst schneidende Fläche“

Der Radius in der Führungskurve wird vergrößert.

„Verbindungsmodus nicht anwendbar (Coupling mode cannot be applied)“

Wird ein Loft oder entfernter Loft erzeugt oder dessen Kontur geändert, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: „Aktueller Verbindungsmodus kann nicht angewendet werden.“ „.Current coupling mode cannot be applied.“ Die Fehlerursache ist, dass mindestens zwei Konturen des Volumenkörpers in der aktuell eingestellten Art der Abschnittverbindung unterschiedlich viele Kopplungs-

Deutsch Englisch

97

3 CATIA-Basiswissen punkte aufweisen (Tabelle 3.77, links). Im Beispiel sind die Stellen, an denen eine Verbindung aufgebaut werden kann, mit grünen Punkten markiert, die anderen Stellen mit roten Punkten. Eine Lösung kann sein, die Art der Abschnittverbindung zu ändern (Abschnitt 3.4.3, Loft). In der Regel löst die Abschnittverbindung „Faktor“ einen Fehler auf, führt allerdings häufig nicht zu einem zweckmäßigen Ergebnis. Eine zweite Lösung besteht darin, die Verbindungen zwischen den Kopplungspunkten manuell zu definieren (Tabelle 3.77, rechts). Tabelle 3.77: Beispiel eines Fehlers „Verbindungsmodus nicht anwendbar“

Fehlerursache

Die beiden Konturen weisen unterschiedlich viele Kopplungspunkte auf.

3.4.5

Lösung

Es werden manuell die Verbindungen zwischen den Kopplungspunkten definiert.

Übungen

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführten Übungen.

Aufgabenblatt 3.5

Übung 3.5: Parameter eines Volumenkörpers

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a) Bitte vervollständigen Sie die Spalten „Elterngeometrie“, „Begrenzungselement“ und „Führungselement“ der Tabelle.

Lösungsblatt 3.5

b) Welche Elemente können als Elterngeometrie verwendet werden? Darf eine Elterngeometrie mehrere Konturen beinhalten?

Dauer 30 min

c) Wie kann ein Begrenzungs- und Führungselement definiert werden? Wird ein Führungselement automatisch bestimmt? Kann oder muss es explizit deklariert werden?

3.5 Ausformschräge erzeugen Übung 3.6: Volumenkörper erstellen

Aufgabenblatt 3.6

Lösungsblatt 3.6

a) Öffnen Sie zwei leere CATParts und erstellen Sie in deren Hauptkörpern die zwei abgebildeten zusammengesetzten Volumenkörper. b) Verwenden Sie dabei je CATPart maximal zwei Volumenkörper, einen positiven und einen negativen.

Dauer 40 min

3.5

Ausformschräge erzeugen

Eine Ausformschräge (Draft) ist eine Operation, die eine oder mehrere Teilflächen eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers (Abschnitt 2.2) abschrägt. In den folgenden Abschnitten werden die Grundlagen, eine Ausformschräge in CATIA V5 zu erzeugen, dargestellt.

3.5.1

Parameter

Die Parameter einer Ausformschräge sind deren Ausformwinkel, Ausformrichtung, neutrales Element und Trennelement. Die Ausformrichtung deklariert die Richtungsreferenz einer Ausformschräge. Sie entspricht der Ziehrichtung eines Werkzeugs. Bei der Definition einer Ausformschräge wird die Ausformrichtung durch einen Pfeil abgebildet (Tabelle 3.78, links). Der Ausformwinkel definiert den Winkel zwischen der Ausformrichtung und der berechneten Teilfläche einer Ausformschräge. Der Ausformwinkel wird bei der Definition als Zahl an der auszuformenden Teilfläche angezeigt (Tabelle 3.78, links). Das neutrale Element legt den Bereich einer auszuformenden Teilfläche fest, der maßlich nicht verändert wird. Der Bereich liegt in der Kurve, die durch eine Verschneidung des neutralen Elementes mit der auszuformenden Fläche entsteht (neutrale Kurve). Links und rechts von der neutralen Kurve wird entweder Material hinzugefügt oder entfernt. In der Regel ist das neutrale Element eine Teilfläche, die an eine auszuformende Teilfläche angrenzt und senkrecht zur Ziehrichtung liegt. Im Beispiel von Tabelle 3.78 ist die obere Deckfläche des Quaders das neutrale Element, die obere vordere rechte Kante die neutrale Kurve.

99

3 CATIA-Basiswissen Über ein Trennelement (Parting Element) kann eine Ausformschräge beschnitten werden. In dem dargestellten Beispiel wurde die waagerechte Ebene als Trennelement verwendet. Tabelle 3.78: Parameter einer Ausformschräge

Definition

Ergebnis

Eine neutrale Kurve kann nicht nur über ein neutrales Element, sondern auch über eine Reflektionslinie bestimmt werden. Eine Reflektionslinie ist die Kurve, die ein Tangentenstrahl, der schräg zu der Ausformrichtung mit dem Ausformwinkel orientiert ist, an einer Fläche beschreibt. Eine Reflektionslinie wird immer dann benötigt, wenn eine abzuschrägende Fläche in der Auszugsrichtung tangential in eine zweite Fläche übergeht oder keine Kante besitzt. Um eine Ausformschräge zu definieren, wird in diesem Fall anstelle eines neutralen Elementes die Teilfläche angegeben, auf der die Reflektionslinie berechnet werden soll (Tabelle 3.79). Tabelle 3.79: Ausformschräge mit Reflektionslinie

Definition

Ergebnis

Die Definition einer Ausformschräge kann einseitig oder zweiseitig sein. Ist eine Ausformschräge einseitig, wird eine auszuformende Teilfläche vollständig zur Ausformrichtung mit einem definierten Winkel abgeschrägt. Ein Trennelement ist in diesem Fall optional und kann dazu verwendet werden, eine Ausformschräge zu beschneiden.

100

3.5 Ausformschräge erzeugen Eine zweiseitige Ausformschräge schrägt eine Teilfläche in zwei Richtungen ab, die jeweils entlang und entgegen der Ausformrichtung liegen. Das Trennelement definiert die Stelle, an der sich beide Schrägen treffen. Jede Seite einer zweiseitigen Ausformschräge kann über einen eigenen Ausformwinkel und ein eigenes neutrales Element verfügen (Tabelle 3.80). Einseitige Ausformschräge

Zweiseitige Ausformschräge Neutrale Elemente gleich Trennelement

3.5.2

Neutrale Elemente ungleich Trennelement

Tabelle 3.80: Einseitige und zweiseitige Ausformschräge

Interne Arbeitsweise von CATIA

CATIA V5 verfügt über zwei verschiedene Arten, eine Ausformschräge zu berechnen: konische und kubische Berechnung. Als Standard wird eine konische Berechnung verwendet. Im Fall einer konischen Berechnung wird die Geometrie einer Ausformschräge über einen Kegel gebildet, dessen Spitze entlang der neutralen Kurve wandert (Tabelle 3.81, links). Die Achse des Kegels zeigt in der Ausformrichtung, der Winkel zwischen seiner Achse und Mantelfläche entspricht dem Ausformwinkel. Die berechnete Schräge ist die Fläche, auf welcher der Kegel abrollt. Die Schräge wird nach der Berechnung an den Teilflächen beschnitten, die an die auszuformende Teilfläche angrenzen (begrenzende Elemente). Bei einer kubischen Berechung wird die Schräge über eine Gerade gebildet, die entlang der neutralen Kurve wandert und in einer Ebenen senkrecht zur auszuformenden Fläche liegt (Tabelle 3.81, rechts). Der Winkel zwischen der Geraden und der Ausformrichtung entspricht dem Ausformwinkel. Die Schräge wird nach der Berechnung über ihre begrenzenden Elemente beschnitten. Solange die neutrale Kurve quer zur Ausformrichtung liegt, unterscheiden sich die Ergebnisse aus konischer und kubischer Berechnung nicht (Tabelle 3.81). Je stärker sich die Orientierung der neutralen Kurve der Ausformrichtung annähert, desto größer kann der Unterschied beider Berechnungsarten sein. Besonders anschaulich wird der Effekt an einer Ausformschräge, deren neutrale Kurve zwischen einer Steigung und einem horizontalen Verlauf pendelt (Bild 3.25).

101

3 CATIA-Basiswissen In der Darstellung sind die Ergebnisse einer konischen und kubischen Berechnung überlagert. Es zeigt sich deutlich, wie der Verlauf der konisch berechneten Ausformschräge einen Bogen beschreibt, während die kubisch berechnete Ausformschräge in dem Bereich, indem die neutrale Kurve linear fällt, auch einen linearen Verlauf besitzt. Wenn die beiden Kurvenverläufe sich am Endpunkt der Ausformschrägen wieder treffen, liegt das daran, dass die Höhen der auszuformenden Flächen hier für beide Ausformschrägen null sind. Tabelle 3.81: Konische und kubische Berechnung

Konische Berechnung

Kubische Berechnung

Bild 3.25: Unterschied zwischen konischer und kubischer Berechnung

3.5.3

CATIA-Befehle

CATIA V5 stellt einem Anwender in den Symbolleisten „Aufbereitungskomponenten“ und „Erweiterte Auszugsschräge“ vier Schaltflächen zur Verfügung, um eine Ausformschräge zu erzeugen. Die Ausformschrägen unterscheiden sich durch die Anzahl und Art ihrer Parameter (Abschnitt 3.5.1). Wesentliche Unterschiede sind die Ein- und Zweiseitigkeit, die Berechnung der neutralen Kurve und die Anzahl der Ausformwinkel. Eine Aufstellung der Schaltflächen gibt Tabelle 3.82.

102

3.5 Ausformschräge erzeugen Schaltfläche

Definition

Neutrale Kurve

Ausformwinkel

Konstante Ausformschräge

einseitig oder zwei- Verschneidung seitig

1

Variable Ausformschräge

einseitig

Verschneidung

1 bis n

Tangentenstrahl

1

Ausformschräge einseitig mit Reflektionslinie Erweiterte Ausformschräge

einseitig oder zwei- Verschneidung oder seitig Tangentenstrahl

Tabelle 3.82: Schaltflächen zum Erzeugen einer Ausformschräge

1 bis 2

In den folgenden Abschnitten sind die verschiedenen Arten, eine Ausformschräge zu erzeugen, dargestellt. 3.5.3.1 Konstante Ausformschräge Eine konstante Ausformschräge kann auf einer oder mehreren Teilflächen eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers angewendet werden und zeichnet sich durch einen konstanten Wert für den Ausformwinkel aus. Sie kann einseitig oder zweiseitig sein. Die neutrale Kurve wird durch eine Verschneidung des neutralen Elementes mit den abzuschrägenden Teilflächen berechnet. Das CATIA-Fenster mit den Parametern (Abschnitt 3.5.1) einer konstanten Ausformschräge zeigt Bild 3.26. Bild 3.26: Parameter einer konstanten Ausformschräge

Das neutrale Element wird über das Feld „Neutrales Element /Auswahl“ definiert. Es ist möglich, mehrere Teilflächen eines Volumenkörpers auszuwählen. Die Liste der Teilflächen kann über die Schaltfläche „Säckchen“, die sich recht neben dem Feld befindet, angezeigt und editiert werden. Wird der Schalter „Fortführung“ auf

103

3 CATIA-Basiswissen den Wert „Glatt“ gestellt, sucht CATIA automatisch alle Teilflächen, die zur selektierten Teilfläche tangentenstetig angrenzen, und verwendet den Flächenverband als neutrales Element. Der Ausformwinkel und die abzuschrägenden Teilflächen werden über die Felder „Winkel“ und „Teilfläche(n) für Auszugsschräge“ festgelegt. Es ist möglich, mehrere abzuschrägende Teilflächen anzugeben. Eine abzuschrägende Teilfläche darf nicht quer zur Ausformrichtung liegen. CATIA kann, ausgehend vom neutralen Element, die abzuschrägenden Teilflächen automatisch suchen. Ist noch keine abzuschrägende Teilfläche ausgewählt, ist der Schalter „Auswahl nach neutraler Teilfläche“ freigeschaltet. Wird der Schalter aktiviert, interpretiert CATIA alle Teilflächen, die an ein neutrales Element angrenzen, als abzuschrägende Elemente (Tabelle 3.83). Dies ist eine elegante Methode, die Definition einer Ausformschräge von wenigen Parametern abhängig zu machen und sollte bevorzugt verwendet werden! Im Beispiel von Tabelle 3.83 ist die Ausformschräge nur über einen Geometrieparameter definiert, der oberen Deckfläche des Blockes. Tabelle 3.83: Automatische Erkennung abzuschrägender Teilflächen

Definition

Geometrie

Die Ausformrichtung wird über das Feld „Auszugsrichtung /Auswahl“ bestimmt. Als Ausformrichtung kann eine Linie, Achse, Teilfläche oder Ebene selektiert werden. Der Schalter „Gesteuert durch Referenz“ erlaubt es, die Ausformrichtung von einem geometrischen oder neutralen Element abhängig zu machen. Der Schalter ist erst zur Selektion freigegeben, wenn ein geometrisches Element im Feld „Auszugsrichtung /Auswahl“ oder „Neutrales Element /Auswahl“ bestimmt ist. Ist das Element eine Teilfläche oder Ebene, steht die Ausformrichtung senkrecht zu diesem. Soll eine Ausformschräge an einem Trennelement begrenzt sein, ist der Schalter „Das Trennelement definieren“ zu aktivieren. Über das Feld „Trennelement /Aus-

104

3.5 Ausformschräge erzeugen wahl“ kann ein Trennelement definiert werden. Eine zweite Möglichkeit bietet eine Aktivierung des Schalters „Trennelement = Neutral“, über den das neutrale Element zugleich als Trennelement deklariert wird. Solange der Schalter „Auszugsschräge an beiden Seiten“ deaktiviert ist, wird eine Ausformschräge einseitig berechnet. Der Schalter ist in der Standardeinstellung nicht selektierbar und wird für eine Aktivierung freigegeben, sobald ein Trennelement deklariert ist. Eine Aktivierung des Schalters führt zu der Berechnung einer zweiseitigen Ausformschräge. Das Auswahlfeld „Auszugsschrägenform“ legt den Rechenalgorithmus einer Ausformschräge fest. Die Standardauswahl ist „Kegel“. In diesem Fall berechnet CATIA eine Ausformschräge konisch (Abschnitt 3.5.2). Eine kubische Berechnung kann über die Auswahl „Quadrat“ aktiviert werden. Aufgrund der besseren Güte einer konisch berechneten Ausformschräge ist die Standardauswahl zu bevorzugen. Die begrenzenden Elemente (Abschnitt 3.5.2) einer Ausformschräge werden von CATIA automatisch bestimmt, solange keine Definition über das Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ vorgenommen ist. Eine Teilfläche, die ausdrücklich als begrenzendes Element deklariert ist, wird einer automatisch bestimmten vorgezogen (Tabelle 3.84). Die Liste der deklarierten begrenzenden Elemente kann über die Schaltfläche „Säckchen“, die sich recht neben dem Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ befindet, angezeigt und editiert werden. Automatische Auswahl

Manuelle Auswahl

Tabelle 3.84: Beispiele zur Auswahl der begrenzenden Elemente

3.5.3.2 Variable Ausformschräge Eine variable Ausformschräge ist eine Ausformschräge, die auf einer oder mehreren Teilflächen eines einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörpers angewendet werden und mehrere Ausformwinkel besitzen kann. Ihre neutrale Kurve wird durch eine Verschneidung des neutralen Elementes mit den abzuschrägenden Teilflächen berechnet. Die Werte der Ausformwinkel werden über Stützpunkte entlang der neutralen Kurve definiert. Eine variable Ausformschräge ist immer einseitig, die Berechnung erfolgt kubisch (Abschnitt 3.5.2). Das CATIA-Fenster mit den Parametern (Abschnitt 3.5.1) einer variablen Ausformschräge zeigt Bild 3.27.

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3 CATIA-Basiswissen Bild 3.27: Parameter einer variablen Ausformschräge

Das neutrale Element wird über das Feld „Neutrales Element /Auswahl“ definiert. Es ist möglich, mehrere Teilflächen eines Volumenkörpers auszuwählen. Die Liste der Teilflächen kann über die Schaltfläche „Säckchen“, die sich recht neben dem Feld befindet, angezeigt und editiert werden. Wird der Schalter „Fortführung“ auf den Wert „Glatt“ gestellt, sucht CATIA automatisch alle Teilflächen, die zur selektierten Teilfläche tangentenstetig angrenzen, und verwendet den Flächenverband als neutrales Element. Die abzuschrägenden Teilflächen werden über das Feld „Teilfläche(n) für Auszugsschräge“ festgelegt. Es ist möglich, mehrere abzuschrägende Teilflächen anzugeben. In diesem Fall müssen die Teilflächen tangentenstetig zusammenhängen. Da CATIA tangentenstetig zusammenhängende Teilflächen automatisch berücksichtigt, wird diese Option selten benötigt. Eine abzuschrägende Teilfläche darf nicht quer zur Ausformrichtung liegen. Eine automatische Suche abzuschrägender Teilflächen über ein neutrales Element, wie bei einer konstanten Ausformschräge, existiert nicht. Die Ausformrichtung wird über das Feld „Auszugsrichtung /Auswahl“ bestimmt. Als Ausformrichtung kann eine Linie, Achse, Teilfläche oder Ebene selektiert werden. Der Schalter „Gesteuert durch Referenz“ erlaubt es, die Ausformrichtung von einem geometrischen oder neutralen Element abhängig zu machen. Der Schalter ist erst zur Selektion freigegeben, wenn ein geometrisches Element im Feld „Auszugsrichtung /Auswahl“ oder „Neutrales Element /Auswahl“ bestimmt ist. Ist das Element eine Teilfläche oder Ebene, steht die Ausformrichtung senkrecht zu diesem. Ein Ausformwinkel einer variablen Ausformschräge ist immer mit einem Stützpunkt verknüpft. Ein Stützpunkt ist ein Punkt auf der neutralen Kurve, der durch einen Kantenpunkt, einen 3D-Punkt oder eine Ebene definiert ist. Ein Kantenpunkt ist standardmäßig überall dort zu finden, wo die neutrale Kurve von einer Teilfläche eines Volumenkörpers in eine andere Teilfläche verläuft. Ein Anwender kann während der Definition einer variablen Ausformschräge einen beliebigen Kantenpunkt erzeugen, indem er mit der linken Maustaste eine Stelle der neutralen Kurve selektiert.

106

3.5 Ausformschräge erzeugen Ein 3D-Punkt ist ein beliebiger Punkt, der als Drahtgeometrie erstellt ist und auf der neutralen Kurve liegt. Wird ein Stützpunkt über eine Ebene definiert, ist der Stützpunkt der Schnittpunkt aus der Ebenen und neutralen Kurve. Die Ebene darf die neutrale Kurve nicht zweimal schneiden. Zwei Beispiele für die Definition von Stützpunkten gibt Tabelle 3.85. In der linken Abbildung besitzt die variable Ausformschräge drei Stützpunkte: Zwei standardmäßige an den Enden der neutralen Kurve, einen dritten, der über eine Ebene definiert ist. In der rechten Abbildung sind nur Standardstützpunkte entlang der neutralen Kurve verwendet. An jedem Flächenübergang ist ein Stützpunkt zu finden. Offene neutrale Kurve

Geschlossene neutrale Kurve

Tabelle 3.85: Definition der Stützpunkte einer variablen Ausformschräge

Der Winkelverlauf ist zwischen Stützpunkten mit unterschiedlichem Winkelwert nicht linear (Tabelle 3.86). In der Nähe eines Stützpunktes ist eine Winkeländerung gering. Je weiter sich die Ausformschräge von einem Stützpunkt entfernt, desto stärker schmiegt sich die Schräge dem Wert eines nächsten Stützpunktes an. Isometrie

Draufsicht

Tabelle 3.86: Winkelverlauf einer variablen Ausformschräge

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3 CATIA-Basiswissen Soll eine Ausformschräge an einem Trennelement begrenzt sein, ist der Schalter „Das Trennelement definieren“ zu aktivieren. Über das Feld „Trennelement /Auswahl“ kann ein Trennelement definiert werden. Eine zweite Möglichkeit bietet eine Aktivierung des Schalters „Trennelement = Neutral“, über den das neutrale Element zugleich als Trennelement deklariert wird. Der Schalter „Auszugsschräge an beiden Seiten“ ist bei einer variablen Ausformschräge immer deaktiviert. Eine variable Ausformschräge kann nur einseitig berechnet werden. Die begrenzenden Elemente (Abschnitt 3.5.2) werden automatisch bestimmt, solange keine Definition über das Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ vorgenommen ist. Eine Teilfläche, die ausdrücklich als begrenzendes Element deklariert ist, wird einer automatisch bestimmten vorgezogen (analog „Konstante Ausformschräge“, Abschnitt 3.5.3.1). Die Liste der deklarierten begrenzenden Elemente kann über die Schaltfläche „Säckchen“, die sich recht neben dem Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ befindet, angezeigt und editiert werden. 3.5.3.3

Ausformschräge mit Reflektionslinie

Eine Ausformschräge mit Reflektionslinie (Abschnitt 3.5.1) kann auf einer oder mehreren Teilflächen eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers angewendet werden. Die Ausformschräge besitzt einen konstanten Ausformwinkel und kann nur einseitig definiert werden. Die Berechnung der Ausformschräge erfolgt konisch (Abschnitt 3.5.2). Die neutrale Kurve wird durch einen Tangentenstrahl bestimmt, der an den abzuschrägenden Teilflächen entlang gleitet und schräg mit dem Ausformwinkel zur Ausformrichtung steht. Das CATIA-Fenster mit den Parametern einer Ausformschräge mit Reflektionslinie zeigt Bild 3.28. Bild 3.28: Parameter einer Ausformschräge mit Reflektionslinie

Der Ausformwinkel und die abzuschrägenden Teilflächen werden über die Felder „Winkel“ und „Teilfläche(n) für Auszugsschräge“ festgelegt. Es ist möglich, mehrere abzuschrägende Teilflächen anzugeben, die nicht zusammenhängen müssen (Tabelle 3.87, links). Eine abzuschrägende Teilfläche wird automatisch fortgesetzt, falls weitere Teilflächen tangentenstetig angrenzen (Tabelle 3.87, rechts). Die Ausformrichtung wird über das Feld „Auszugsrichtung /Auswahl“ bestimmt. Als Ausformrichtung kann eine Linie, Achse, Teilfläche oder Ebene selektiert wer-

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3.5 Ausformschräge erzeugen den. Der Schalter „Gesteuert durch Referenz“ erlaubt es, die Ausformrichtung von einem geometrischen Element abhängig zu machen. Der Schalter ist erst zur Selektion freigegeben, wenn ein geometrisches Element selektiert ist. Ist das geometrische Element eine Ebene oder Teilfläche, steht die Ausformrichtung senkrecht zu diesem. Soll die Ausformschräge an einem Trennelement begrenzt sein, ist der Schalter „Das Trennelement definieren“ zu aktivieren. Über das Feld „Trennelement /Auswahl“ kann ein Trennelement deklariert werden. Die begrenzenden Elemente (Abschnitt 3.5.2) werden automatisch bestimmt, solange keine Definition über das Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ vorgenommen ist. Eine Teilfläche, die ausdrücklich als begrenzendes Element deklariert ist, wird einer automatisch bestimmten vorgezogen (analog „Konstante Ausformschräge“, Abschnitt 3.5.3.1). Die Liste der deklarierten begrenzenden Elemente kann über die Schaltfläche „Säckchen“, die sich recht neben dem Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ befindet, angezeigt und editiert werden. Nicht zusammenhängende Teilflächen

3.5.3.4

Tangentenstetige Fortsetzung

Tabelle 3.87: Auswahl der Teilflächen einer Ausformschräge mit Reflektionslinie

Erweiterte Ausformschräge

Die Funktion „Erweiterte Ausformschräge“ verknüpft die drei Funktionen „Konstante Ausformschräge“, „Variable Ausformschräge“ und „Ausformschräge mit Reflektionslinie“. Eine erweiterte Ausformschräge kann auf einer oder mehreren Teilflächen eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers angewendet werden. Die Ausformschräge kann einseitig oder zweiseitig definiert sein. Die neutrale Kurve wird über eine Reflektionslinie oder Verschneidung der abzuschrägenden Teilflächen mit dem neutralen Element ermittelt. Die Berechnung der Ausformschräge erfolgt in beiden Fällen konisch (Abschnitt 3.5.2). Die Ausformschräge kann einen konstanten oder variablen Ausformwinkel besitzen.

109

3 CATIA-Basiswissen Die Art einer erweiterten Ausformschräge wird durch den Berechnungsmodus der neutralen Kurve bestimmt. Das CATIA-Fenster mit deren Parametern ist für jede Art unterschiedlich und in Tabelle 3.88 dargestellt. Die linke Spalte zeigt das Fenster, das im Fall einer durch eine Verschneidung berechneten neutralen Kurve verwendet wird, die rechte dasjenige im Fall einer Reflektionslinie. Die Parameter einer erweiterten Ausformschräge sind auf drei Karten „1. Seite“, „Trennelement“ und „2. Seite“ verteilt. Das neutrale Element wird über das Feld „Neutrales Element /Auswahl“ definiert. Es ist möglich, mehrere Teilflächen eines Volumenkörpers auszuwählen. Die Liste der Teilflächen kann über die Schaltfläche „Säckchen“, die sich recht neben dem Feld befindet, angezeigt und editiert werden. Wird die Option „Fortführung nach Tangentenstetigkeit“ aktiviert, sucht CATIA automatisch alle Teilflächen, die zur selektierten Teilfläche tangentenstetig angrenzen, und verwendet den Flächenverband als neutrales Element. Der Ausformwinkel und die abzuschrägenden Teilflächen werden über die Felder „Winkel“ und „Teilfläche(n) für Auszugsschräge“ festgelegt. Es ist möglich, mehrere abzuschrägende Teilflächen anzugeben. Eine abzuschrägende Teilfläche darf nicht quer zur Ausformrichtung liegen. Wird eine Ausformschräge über eine Reflektionslinie definiert, werden die abzuschrägenden Teilflächen automatisch bestimmt. Tabelle 3.88: Parameter einer erweiterten Ausformschräge

110

Verschneidung

Reflektionslinie

3.5 Ausformschräge erzeugen CATIA kann, ausgehend vom neutralen Element, abzuschrägende Teilflächen automatisch suchen. Ist die Option „Auswahl nach neutralen Teilflächen“ aktiviert, interpretiert CATIA alle Teilflächen, die an ein neutrales Element angrenzen, als abzuschrägende Elemente (analog „Konstante Ausformschräge“, Abschnitt 3.5.3.1). Die Ausformrichtung wird über das Feld „Auszugsrichtung /Auswahl“ bestimmt. Als Ausformrichtung kann eine Linie, Achse, Teilfläche oder Ebene selektiert werden. Der Schalter „Gesteuert durch Referenz“ erlaubt es, die Ausformrichtung von einem geometrischen Element abhängig zu machen. Der Schalter ist erst zur Selektion freigegeben, wenn ein geometrisches Element im Feld „Auszugsrichtung /Auswahl“ oder „Neutrales Element /Auswahl“ bestimmt ist. Ist das Element eine Teilfläche oder Ebene, steht die Ausformrichtung senkrecht zu diesem. Soll eine Ausformschräge an einem Trennelement begrenzt sein, ist in der Karte „Trennelement“ der Schalter „Trennelement verwenden“ zu aktivieren. Über das Feld „Trennelement“ kann ein Trennelement definiert werden. Eine zweiseitige Ausformschräge muss über ein Trennelement verfügen. Die begrenzenden Elemente (Abschnitt 3.5.2) werden automatisch bestimmt, solange keine Definition über das Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ der Karte „Trennelement“ vorgenommen ist. Eine Teilfläche, die ausdrücklich als begrenzendes Element deklariert ist, wird einer automatisch bestimmten vorgezogen (analog „Konstante Ausformschräge“, Abschnitt 3.5.3.1). Ein Anwender kann den Berechnungsmodus der neutralen Kurve und die Ein- oder Zweiseitigkeit der Ausformschräge über die vier Schaltflächen im oberen Bereich des Fensters einstellen (Tabelle 3.89). Sind eine oder beide der linken Schaltflächen ausgewählt, wird die neutrale Kurve über eine Verschneidung ermittelt. Sind eine oder beide der rechten Schaltflächen selektiert, erfolgt die Berechnung über eine Reflektionslinie. Eine einseitige Ausformschräge wird durch die Auswahl einer der beiden oberen Schaltflächen definiert, eine zweiseitige durch die Aktivierung einer kompletten Spalte. Verschneidung einseitig

zweiseitig

Reflektionslinie einseitig

zweiseitig

Tabelle 3.89 : Arten einer erweiterten Ausformschräge

Das Kombinationsfeld unter den vier Schaltflächen gibt an, ob der Ausformwinkel einer Seite abhängig oder unabhängig vom Ausformwinkel der anderen Seite ist. Ist ein Ausformwinkel unabhängig, kann er einen beliebigen, vom anderen Winkel abweichenden Wert annehmen. Ist der Ausformwinkel übergeordnet abhängig, bestimmt der Verlauf eines Winkels den Wert des anderen. Die Option „Übergeordnete

111

3 CATIA-Basiswissen Seite“ markiert den treibenden Winkel. Der getriebene Winkel wird automatisch so berechnet, dass sich beide Ausformschrägen am Trennelement treffen (Tabelle 3.90). Die Definition eines abhängigen Ausformwinkels ist nur bei einer zweiseitigen Ausformschräge mit Reflektionslinie möglich. Tabelle 3.90: Unabhängige und abhängige Ausformwinkel

Unabhängig

3.5.4

Übergeordnet abhängig

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Nicht jede von einem Anwender definierte Ausformschräge kann von CATIA berechnet werden. Die häufigste Ursache ist der Versuch, eine zu komplexe Geometrie in einer Operation ausformbar zu gestalten. Dies kann dazu führen, dass CATIA Begrenzungselemente nicht finden kann oder die berechnete Ausformschräge Knicke oder Verschlingungen aufweist. Tipps zur Vermeidung dieses methodischen Fehlers werden in Abschnitt 4.6 behandelt. Die folgenden Abschnitte stellen häufige Fehlermeldungen dar, die bei einer fehlerhaften Operation einer Ausformschräge von CATIA gemeldet werden. Neben einer Beschreibung der möglichen Fehlerursache ist ein Lösungsvorschlag vorgestellt. 3.5.4.1

„Selbstschneidung (Autointersection)“

Wird eine verrundete Teilfläche als abzuschrägendes Element definiert, kann bei großen Ausformwinkeln oder hohen Teilflächen folgende Fehlermeldung erscheinen: Deutsch Englisch

„Die berechnete Ausformschräge schneidet sich selbst.“ „The computed draft is autointersected.“ Die Ursache ist, dass Kehlen oder Kanten mit kleinen Radien im abzuschrägenden Element zu Verschlingungen und Knicken in der berechneten Schräge führen (Tabelle 3.91). Der Rechenalgorithmus versucht, aus dem tangentenstetigen Ausgangselement die Schräge in einem Schritt zu berechnen. Das Problem kann beseitigt werden, indem die Ausformoperation angewendet wird, bevor das abzuschrägende Element verrundet ist (vgl. Abschnitt 4.6.1). In diesem Fall kann der Algorithmus eine Ausformschräge ermitteln, da jede Teilschräge einzeln berechnet wird. Alternativ könnte der Radius vergrößert werden.

112

3.5 Ausformschräge erzeugen Fehlerursache

An den Kehlen des Volumenkörpers überschneiden sich die Teilflächen der Ausformschräge.

Lösung

Tabelle 3.91: Beispiel eines Fehlers „Selbstschneidung“

Die Ausformoperation wird an der scharfkantigen Geometrie angewendet.

3.5.4.2 „Verdrehte Fläche (Twisted surface)“ Wird eine gewellte Teilfläche als abzuschrägendes Element definiert, kann bei großen Ausformwinkeln oder hohen Teilflächen folgende Fehlermeldung erscheinen: „Das Ergebnis enthält mindestens eine verdrehte Fläche.“ „The result contains at least one twisted surface.“

Deutsch Englisch

Die Ursache ist, dass kleine Vertiefungen oder Erhöhungen mit stark gekrümmtem Verlauf zu Verschlingungen in der berechneten Schräge führen (Tabelle 3.92). Das Problem kann beseitigt werden, indem die auszuformende Teilfläche qualitativ verbessert und geglättet wird. Fehlerursache

Durch starke Krümmungen in der abzuschrägenden Fläche überschlägt sich die Ausformschräge.

Lösung

Tabelle 3.92: Beispiel eines Fehlers „Verdrehte Fläche“

Die abzuschrägende Fläche wird geglättet.

113

3 CATIA-Basiswissen 3.5.4.3 „Unzulässige Neubegrenzung (Impossible relimitation)“ Wird eine gewellte Teilfläche oder ein zusammengesetzter Volumenkörper abgeschrägt, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: Deutsch Englisch Tabelle 3.93: Beispiel eines Fehlers „Lokale Geometrie zu komplex“

„Unzulässige Neubegrenzung. Die lokale Geometrie oder Topologie ist zu komplex.“ „Impossible relimitation. The local topology or geometry is too complex.“ Fehlerursache

Durch starke Krümmungen in der abzuschrägenden Fläche können die Begrenzungselemente nicht ermittelt werden. Tabelle 3.94: Beispiel eines Fehlers „Topologie zu komplex“

Fehlerursache

Das Begrenzungselement kann nicht ermittelt werden, da keine Teilfläche, die an das neutrale Element oder die abzuschrägenden Teilflächen angrenzt, hierfür geeignet ist.

114

Lösung

Die Flächengüte der abzuschrägenden Teilfläche wird verbessert.

Lösung

Die Blöcke werden in zwei unterschiedlichen Körpern erstellt. Dadurch vereinfacht sich die Geometrie, auf welche die Ausformoperation angewendet ist.

3.5 Ausformschräge erzeugen Der Rechenalgorithmus kann in diesem Fall die Begrenzungselemente der Ausformschräge nicht ermitteln. Eine Ursache kann eine zu komplexe Teilfläche sein (Tabelle 3.93). Wird die Teilfläche vereinfacht oder deren Flächengüte verbessert, kann eine Ausformschräge berechnet werden. Häufig ist die Ursache darin begründet, dass eine Ausformoperation auf einem zusammengesetzten Volumenkörper angewendet wird (Tabelle 3.94). Eine Ausformschräge wäre zwar berechenbar, aber CATIA kann nicht die notwendigen Begrenzungselemente ermitteln. Eine Aufteilung des zusammengesetzten Volumenkörpers auf mehrere Körper löst in der Regel das Problem. 3.5.4.4

„Neutrales Element zu steil (Neutral element too steep)“

Wird ein konischer Berechnungsmodus (Abschnitt 3.5.2) in Verbindung mit einem neutralen Element verwendet, dessen Orientierung nahezu parallel zur Ausformrichtung liegt, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Das neutrale Element ist zu steil.“ „The neutral element is too steep.“

Deutsch Englisch

Die Ursache ist, dass der Winkel zwischen dem neutralen Element und der Ausformrichtung kleiner als der Ausformwinkel ist (Tabelle 3.95). Im abgebildeten Beispiel soll der gesamte Bogen als neutrales Element verwendet werden. Dessen Schenkel sind nahezu senkrecht orientiert. Der Fehler kann behoben werden, indem der Rechenalgorithmus auf eine kubische Berechnung umgestellt wird. Ist diese Lösung nicht ausreichend, da der Volumenkörper an den Teilflächen des neutralen Elementes einen unzureichenden Ausformwinkel besitzen würde, kann eine Ausformschräge mit Reflektionslinie verwendet werden. Voraussetzung hierfür ist eine Verrundung zwischen dem neutralen und auszuformenden Element. Fehlerursache

Die Schenkel des neutralen Elementes sind nahezu parallel zur senkrechten Ausformrichtung orientiert.

Lösung 1

Der Berechnungsmodus wird von einer konischen auf eine kubische Berechnung umgestellt.

Lösung 2

Tabelle 3.95: Beispiel eines Fehlers „Neutrales Element zu steil“

Die vordere Kante wird verrundet und eine Ausformschräge mit Reflektionslinie verwendet.

115

3 CATIA-Basiswissen 3.5.4.5 „Mehrere Bänder (More than one ribbon)“ Wird eine zweiseitige erweiterte Ausformschräge verwendet und sind die Ausformwinkel als übergeordnet abhängig definiert, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: Deutsch Englisch

„Eine einzelne Operation kann nicht mehrere Bänder verarbeiten.“ „A single operation cannot process more than one ribbon.“ Die Ursache ist, dass das Trennelement nicht tangentenstetig ist (Tabelle 3.96). Auf den Reflektionslinien ermittelt der Rechenalgorithmus in diesem Fall für jede Knickstelle zwei Punkte, an denen eine Flächenaufteilung vorgenommen werden könnte. Werden die Kanten des Trennelementes verrundet und das verrundete Element als Trennelement definiert, kann die Ausformschräge berechnet werden.

Tabelle 3.96: Beispiel eines Fehlers „Mehrere Bänder“

Fehlerursache

Lösung

Da das Trennelement Knicke aufweist, werden je Knick mehrere Punkte auf der neutralen Kante gefunden.

Das Trennelement wird an seinen Kanten mit einem kleinen Radius verrundet (z.B. 0,5 mm).

3.5.4.6

„Umkehrung der Flächenkrümmung (Surface curvature inversion)“

Wird eine Ausformschräge mit Reflektionslinie angewendet, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: Deutsch Englisch

„Es besteht eine Umkehrung der Flächenkrümmung entlang der Reflektionslinie.“ „There is a surface curvature inversion along the reflect line.“ Die Ursache ist, dass die Reflektionslinie aufgrund des Krümmungsverlaufes einer Teilfläche nicht berechnet werden kann (Tabelle 3.97). Der Fehler tritt auf, wenn eine Teilfläche oder Bereiche einer Teilfläche mit einem Winkel, der kleiner oder gleich dem Ausformwinkel ist, oder parallel zur Ausformrichtung verlaufen. Eine Lösung ist, die Parallelität durch eine geometrische Änderung zu beseitigen oder die Schrägung der betroffenen Teilflächen zu vergrößern.

116

3.5 Ausformschräge erzeugen Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.97: Beispiel eines Fehlers „Umkehrung der Flächenkrümmung“

Die neutrale Kurve kann nicht berechnet wer- Die betroffenen Seitenflächen des oberen den, da einige Teilflächen parallel zur Ausform- Blockes werden abgeschrägt. Der Winkel zwirichtung orientiert sind. schen den Seitenflächen und der Ausformrichtung muss größer als der Ausformwinkel sein.

3.5.4.7 „Teilfläche bereits entformt (Face already drafted)“ Wird an einem Volumenkörper oder zusammengesetzten Volumenkörper, der schon über eine Ausformoperation verfügt, eine weitere Ausformschräge definiert, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Eine der ausgewählten Teilflächen ist bereits entformt. Ein erneutes Formen ist jedoch möglich.“ „Note that one of the selected faces is already drafted. However, you can draft it again.“ Fehlerursache

Lösung

Der Volumenkörper besitzt an der vorderen linken Teilfläche schon eine Ausformschräge. Die Teilfläche würde durch die zweite Operation zwei Ausformschrägen erhalten.

Die schon vorhandene Ausformschräge wird um die beiden Seitenflächen erweitert. Muss zwingend mit einer Reflektionslinie gearbeitet werden, sollte die vorhandene Ausformschräge gelöscht werden.

Deutsch Englisch

Tabelle 3.98: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche bereits entformt“

Die Ursache ist, dass die zweite Ausformschräge Teilflächen einer vorhandenen Ausformoperation abschrägen würde und somit eine Teilfläche zwei Ausformopera-

117

3 CATIA-Basiswissen tionen besäße (Tabelle 3.98). CATIA V5 erlaubt dies. Aus Gründen eines stabilen Datenmodells sollte von dieser Möglichkeit kein Gebrauch gemacht werden. Eine Lösung ist, eine schon vorhandene Ausformoperation um die abzuschrägenden Teilflächen zu erweitern. In einigen Sonderfällen muss eine Teilfläche in zwei Ausformrichtungen entformbar sein (Tabelle 3.99). In diesem Fall kann die Fehlermeldung ignoriert werden. Tabelle 3.99 : Teilfläche mit zwei Ausformrichtungen

Ursache der Warnmeldung

Lösung

Auf einer vorhandenen Ausformschräge mit einer senkrechten Ausformrichtung wird eine zweite Ausformschräge definiert, deren Ausformrichtung waagerecht ausgerichtet ist.

Die Fehlermeldung kann ignoriert werden. In diesem Fall gibt es keine andere Lösung, als die Geometrie mit zwei Ausformdefinitionen zu erzeugen. Änderungen der Ausgangsgeometrie seien ausgeschlossen.

3.5.5

Übungen

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführten Übungen.

Aufgabenblatt 3.7

Lösungsblatt 3.7

Übung 3.7: Parameter einer Ausformschräge

118

Dauer 20 min

a) Bitte kreuzen Sie an: Welche Ausformschräge ist einseitig oder zweiseitig? b) Zeichnen Sie die Parameter der Ausformschrägen ein. Verwenden Sie die Abkürzungen „NE“ für ein neutrales Element, „NK“ für eine neutrale Kurve, „RL“ für eine Reflektionslinie und „TE“ für ein Trennelement.

3.6 Verrundung erzeugen a) Modellieren Sie den abgebildeten Volumenkörper und versehen Sie Aufgabenblatt diesen mit einer konstanten Aus3.8 formschräge. Deklarieren Sie bei der Definition der Ausformschräge so wenige Geometrieelemente wie möglich. Lösungsblatt 3.8 b) Modellieren den abgebildeten Volumenkörper. Verwenden Sie eine zweiseitige, übergeordnet abhängige Ausformschräge mit ReflektiDauer onslinie. Der Ausformwinkel soll an 50 min allen Stellen mindestens 10° betragen.

3.6

Übung 3.8: Ausformschräge erstellen

Verrundung erzeugen

Eine Verrundung (Fillet) ist eine Operation, die eine oder mehrere Kanten eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers (Abschnitt 2.2) abrundet. Prinzipiell werden zwei Arten von Verrundungen unterschieden: Kanten- und Flächenverrundungen. Eine Kantenverrundung stützt sich auf eine oder mehrere Kanten eines Volumenkörpers, eine Flächenverrundung auf zwei Teilflächen, die über eine tangentiale Verrundungsfläche verbunden werden. In den folgenden Abschnitten werden die Grundlagen, eine Verrundung in CATIA V5 zu erzeugen, dargestellt.

3.6.1

Parameter

Allgemeine Parameter einer Verrundung sind das Verrundungsobjekt, der Verrundungsradius und die begrenzenden Elemente. Eine Flächenverrundung kann zusätzlich über eine entfallende Teilfläche verfügen. Der Verrundungsradius ist der Radius einer Verrundung. Je nach verwendeter Verrundungsoperation kann eine Verrundung über mehrere Verrundungsradien verfügen. Das Verrundungsobjekt definiert die Geometrieelemente, die verrundet werden. Bei einer Kantenverrundung sind dies eine oder mehrere Kanten. Bei einer Flächenverrundung zwei Teilflächen eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers. Ein Beispiel, wie der Verrundungsradius und das Verrundungsobjekt einer Kantenverrundung während ihrer Definition dargestellt werden, gibt Tabelle 3.100. Das Verrundungsobjekt wird orangefarben hervorgehoben, der Verrundungsradius durch ein grünes Symbol angezeigt. Bei einer konstanten Kantenverrundung sind alle Radien gleich groß, bei einer variablen Kantenverrundung können mehrere Verrundungsradien gleichzeitig deklariert werden.

119

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.100: Parameter einer Kantenverrundung

Definition

Ergebnis

Um eine Flächenverrundung vollständig zu definieren, wird neben dem Verrundungsobjekt ein Verrundungsradius oder eine entfallende Teilfläche benötigt (Tabelle 3.101). Tabelle 3.101: Parameter einer Flächenverrundung

Definition

Ergebnis

Eine entfallende Teilfläche ist die Teilfläche eines Volumenkörpers, welche die zwei Teilflächen des Verrundungsobjektes verbindet. Dieser Fall ist in der ersten Zeile von Tabelle 3.101 dargestellt: Die Deckfläche entspricht der entfallenden Teilfläche, die beiden Seitenflächen dem Verrundungsobjekt. Der Verrundungsradius wird hier automatisch ermittelt.

120

3.6 Verrundung erzeugen In der zweiten Zeile der Tabelle ist ein Verrundungsradius als Parameter verwendet. Eine entfallende Teilfläche ist in diesem Fall nicht notwendig. Eine Verrundungsfläche wird durch begrenzende Elemente (Limits) beschnitten, die von CATIA automatisch ermittelt werden. Ein begrenzendes Element ist eine Teilfläche, die an ein Verrundungsobjekt angrenzt. Wird ein begrenzendes Element manuell angegeben, kann der Verlauf einer Verrundung gezielt verkürzt werden (Tabelle 3.102). Automatische Ermittlung

3.6.2

Manuelle Auswahl

Tabelle 3.102: Begrenzende Elemente einer Verrundung

Interne Arbeitsweise von CATIA

Neben den in Abschnitt 3.6.1 beschriebenen Parametern, die durch einen Anwender definiert werden, speichert CATIA intern weitere Elemente: Die interne Elterngeometrie. Interne Elterngeometrie sind geometrische Elemente, die zur Berechnung eines Verrundungsergebnisses automatisch hinzugezogen und in diesem gespeichert werden. Bei einer Kantenverrundung sind dies die beiden automatisch bestimmten begrenzenden Elemente (Limits) und die zwei Teilflächen, deren gemeinsame Kante verrundet ist. Die zwei Teilflächen werden als Stützflächen (Supports) bezeichnet. Eine Kantenverrundung hängt somit mindestens von vier Teilflächen ab, wenn die verrundete Kante nicht geschlossen ist (Tabelle 3.103, links). Kantenverrundung

Flächenverrundung

Tabelle 3.103: Interne Elterngeometrie einer Verrundung

121

3 CATIA-Basiswissen Die Definition einer Flächenverrundung beinhaltet die Stützflächen (Supports) schon in ihrem Verrundungsobjekt. Hier werden vom Algorithmus daher zusätzlich nur die begrenzenden Elemente bestimmt. Die Elterngeometrie einer Flächenverrundung besteht somit mindestens aus vier bis fünf Teilflächen (Tabelle 3.103, rechts). Eine zusätzliche interne Elterngeometrie wird benötigt, um den Radius einer Verrundungsfläche zu orientieren. Bei einer Kantenverrundung wird zur Ausrichtung des Verrundungsradius das Verrundungsobjekt selbst verwendet. Der Verrundungsradius steht daher immer normal zur Kante, wenn manuell keine Leitkurve definiert ist (Tabelle 3.104, links). Wird eine Leitkurve als zusätzlicher Parameter deklariert, verläuft der Radius normal zu dieser (Tabelle 3.104, rechts). In den Abbildungen der Tabelle 3.104 sind die Senkrechten zur Kante bzw. Leitkurve durch rote Striche markiert, die Leitkurve ist blau dargestellt. Tabelle 3.104: Orientierung des Radius einer Kantenverrundung

Ohne Leitkurve

Mit Leitkurve

Bei einer Flächenverrundung ist die Ausrichtung des Verrundungsradius durch die Kurve bestimmt, die durch eine Verschneidung ihrer Stützflächen entsteht und auf eine Hilfsfläche projiziert ist (Tabelle 3.105, links). In der Abbildung ist die verschnittene, projizierte Kurve grün gestrichelt dargestellt, die Ausrichtung des Verrundungsradius rot. Zur Orientierung sind die Kantennormalen der beteiligten Flächen in gelber Farbe markiert. Tabelle 3.105: Orientierung des Radius einer Flächenverrundung

122

Ohne Leitkurve

Mit Leitkurve

3.6 Verrundung erzeugen Schneiden sich die Stützflächen nicht, wird in vielen Fällen ein Grenzwert verwendet. Der Grenzwert ist der projizierten Verschneidungskurve angenähert, die durch eine leichte Schiefstellung der Stützflächen entstünde. Wird eine Leitkurve definiert, liegt der Verrundungsradius in einer Ebenen normal zu dieser (Tabelle 3.105, rechts). In der Abbildung sind die Senkrechten zur Leitkurve durch rote Striche markiert, die Leitkurve ist blau dargestellt.

3.6.3

CATIA-Befehle

CATIA V5 bietet in der Symbolleiste „Aufbereitungskomponenten“ für eine Kantenund Flächenverrundung je zwei Schaltflächen an, über die eine Verrundung erzeugt werden kann (Tabelle 3.106). Die Funktionen unterscheiden sich durch die Parameter (Abschnitt 3.61), mit denen eine Verrundungsoperation definiert wird. Schaltfläche

Art

Parameter

Konstante Kantenverrundung Kantenverrundung

1 Radius, n Kanten

Variable Kantenverrundung

n Radien, n Kanten

Zwei-Flächen-Verrundung

Flächenverrundung

Drei-Tangenten-Verrundung

2 Flächen, 1 Radius oder Kurve 3 Flächen

Tabelle 3.106: Schaltflächen zum Erzeugen einer Verrundung

In den folgenden Abschnitten sind die Befehle, eine Verrundung zu erzeugen, detailliert dargestellt. 3.6.3.1

Konstante Kantenverrundung

Eine konstante Kantenverrundung verrundet eine oder mehrere Kanten eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers. Alle Kanten einer konstanten Kantenverrundung besitzen den gleichen Verrundungsradius. Eine Übersicht des Definitionsfensters einer konstanten Kantenverrundung gibt Bild 3.29. Bild 3.29: Parameter einer konstanten Kantenverrundung

123

3 CATIA-Basiswissen Der Verrundungsradius wird über das Feld „Radius“ definiert. Der Wert gilt für alle Kanten des Verrundungsobjektes. Im Feld „Zu verrundende(s) Objekt(e)“ erfolgt die Deklaration des Verrundungsobjektes. Es können eine oder mehrere Kanten eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers ausgewählt werden. Ist das Auswahlfeld „Fortführung“ auf „Tangentenstetigkeit“ eingestellt, werden alle Kanten, die an eine selektierte Kante tangentenstetig angrenzen, zum Verrundungsobjekt hinzugezählt. Dies ist ein eleganter Weg, eine längere Kante zu verrunden, und sollte nach Möglichkeit bevorzugt werden. Ist die Auswahl „Minimum“ gewählt, wird nur die ausgewählte Kante verrundet (Tabelle 3.107). Tabelle 3.107: Fortsetzungsarten einer Kante

Verrundungsobjekt

Tangentenstetigkeit

Minimum

Die Berechnung der Verrundungsflächen einer Kantenverrundung erfolgt Kante für Kante, wenn im Verrundungsobjekt mehrere Kanten definiert sind. Das bedeutet, dass die erste Kante verrundet und der resultierende Volumenkörper berechnet wird, bevor eine weitere Kante des Verrundungsobjektes vom Algorithmus bearbeitet wird. Eine Aktivierung der Option „Bänder trimmen“ weist CATIA an, alle Verrundungsflächen zuerst zu berechnen, gegeneinander zu beschneiden und dann den resultierenden Volumenkörper zu berechnen (vgl. Abschnitt 3.6.4, Fehler „Zu starke Auswirkungen“). Ein begrenzendes Element kann über das Feld „Begrenzende(s) Element(e)“ manuell deklariert werden. Wird keine Deklaration vorgenommen, bestimmt der Rechenalgorithmus die begrenzenden Elemente einer Kantenverrundung automatisch (vgl. Abschnitt 3.6.1). Die Liste der deklarierten begrenzenden Elemente kann über die Schaltfläche „Säckchen“, die sich recht neben dem Feld befindet, angezeigt und editiert werden. In einigen Fällen kann es vorkommen, dass eine berechnete Verrundungsfläche teilweise über eine ihrer Stützflächen hinausragt. Dies kann zu einer geometrischen Modifikation der Randkurve der Stützfläche führen. Über das Feld „Beizubehaltende Kante(n)“ können beizubehaltende Kanten einer Stützfläche definiert werden, die durch eine Verrundung nicht verändert werden dürfen. Tabelle 3.108 gibt hierzu zwei Beispiele. Beide Fälle zeigen eine Verrundung, deren Verrundungsfläche über die untere der beiden Stützflächen hinausragt. In der linken Spalte ist keine beizubehaltende Kante definiert, die Randkurve der unteren

124

3.6 Verrundung erzeugen Stützfläche ist verändert. In der rechten Spalte ist die vordere Randkurve als beizubehaltende Kante deklariert. Die Randkurve ist nicht verändert, sondern der Verlauf der Verrundungsfläche ist der beizubehaltenden Kante angepasst. Standard

Beizubehaltende Kante

Tabelle 3.108: Verwendung einer beizubehaltenden Kante

Eine beizubehaltende Kante braucht nicht definiert zu werden, wenn eine Stützfläche vollständig durch eine Verrundungsoperation entfällt. Zwei Beispiele gibt Bild 3.30. In beiden Fällen ist eine Berechnung der Verrundung möglich, ohne eine beizubehaltende Kante anzugeben. Bild 3.30: Entfall einer Stützfläche

Sind in einem Verrundungsobjekt drei oder mehr Kanten vorhanden, die in einem Punkt zusammenlaufen, kann automatisch eine Übergangsfläche erzeugt werden, welche die Verrundungen der betroffenen Kanten tangentenstetig verbindet (Tabelle 3.109, rechts). Diese Übergangsfläche wird Eckenverrundung genannt. Um eine Eckenverrundung zu erzeugen, werden zuerst alle zu verrundenden Kanten ausgewählt und dann die Schaltfläche „Ecke(n) verrunden“ selektiert. CATIA ermittelt automatisch alle vorhandenen Ecken (Tabelle 3.109, links). Der Zurücksetzungsabstand definiert den Beginn einer Übergangsfläche, gemessen von ihrem Eckpunkt. Für jede Kante kann ein separater Zurücksetzungsabstand gewählt werden. Aufgrund der vielen Parameter ist die Funktion bei einer geometrischen Änderung nicht sehr stabil, wenn mehr als drei Kanten in einem Punkt aufeinandertreffen. Eine stabile Verrundungsoperation kann über die Methoden des Abschnittes 4.7 erreicht werden.

125

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.109: Erzeugung einer Eckenverrundung

Definition

3.6.3.2

Ergebnis

Variable Kantenverrundung

Eine variable Kantenverrundung verrundet eine oder mehrere Kanten eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers. Eine Kante kann hierbei einen oder mehrere Verrundungsradien besitzen. Eine Übersicht des Definitionsfensters einer variablen Kantenverrundung gibt Bild 3.31. Bild 3.31: Parameter einer variablen Kantenverrundung

Im Feld „Zu verrundende Kante(n)“ erfolgt die Deklaration des Verrundungsobjektes. Es können eine oder mehrere Kanten eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers ausgewählt werden. Ist das Auswahlfeld „Fortführung“ auf „Tangentenstetigkeit“ eingestellt, werden alle Kanten, die an eine selektierte Kante tangentenstetig angrenzen, zum Verrundungsobjekt hinzugezählt. Dies ist ein eleganter Weg, eine längere Kante zu verrunden. Ist die Auswahl „Minimum“ gewählt, werden nur ausgewählte Kanten verrundet (vgl. Tabelle 3.107). Analog der konstanten Kantenverrundung weist die Option „Bänder trimmen“ CATIA an, alle Verrundungsflächen zuerst zu berechnen, gegeneinander zu beschneiden und dann den resultierenden Volumenkörper zu berechnen. Ein Verrundungsradius einer variablen Kantenverrundung ist immer einem Stützpunkt zugeordnet. Ein Stützpunkt ist ein Punkt auf einer Kante des Verrundungs-

126

3.6 Verrundung erzeugen objektes. Start- und Endpunkt einer Kante werden automatisch als Stützpunkte erfasst (Tabelle 3.110). Im Feld „Punkte“ wird die Anzahl der verwendeten Stützpunkte angezeigt, über die Schaltfläche „Säckchen“ kann die Liste der Punkte kontrolliert und editiert werden. Ist das Feld „Punkte“ aktiviert, können weitere Punkte einer Kante als Stützpunkte deklariert werden. Hierzu kann ein 3D-Punkt, der auf der Kante liegen muss, oder eine Ebene verwendet werden, welche die Kante schneidet. Ist kein 3D-Punkt auf einer Kante vorhanden, kann durch eine Selektion auf die gewünschte Stelle der Kante ein Stützpunkt erzeugt werden, dessen Lage keiner spezifischen Vorgabe folgt. Der zuletzt ausgewählte Stützpunkt wird orangefarben hervorgehoben, das Feld „Radius“ zeigt dessen Verrundungsradius an. Der Wert des Feldes wird als Standard für nachfolgende Selektionen verwendet. Definition

Ergebnis

Tabelle 3.110: Variable Kantenverrundung mit mehreren Stützpunkten

Die Art des Radienverlaufes zwischen zwei Stützpunkten kann über das Auswahlfeld „Abweichung“ definiert werden. Ist die Auswahl „Linear“, ist die Änderung des Verrundungsradius konstant. Ist die Auswahl „Kubisch“, vergrößert sich die Steigung mit zunehmender Entfernung zu einem Stützpunkt (Tabelle 3.111). Linear

Kubisch

Tabelle 3.111: Linearer und kubischer Radienverlauf

Die Ausrichtung einer variablen Kantenverrundung kann durch die Definition einer Leitkurve beeinflusst werden (vgl. Abschnitt 3.6.2). Eine Leitkurve wird über das Feld „Leitkurve“ deklariert. Das Feld ist für eine Eingabe freigegeben, wenn die Option „Kreisverrundung“ aktiviert ist.

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3 CATIA-Basiswissen Bezüglich der Definition eines begrenzenden Elementes, einer beizubehaltenden Kante und einer Eckenverrundung sei auf die Beschreibung der konstanten Kantenverrundung verwiesen (vgl. Abschnitt 3.6.3.1). 3.6.3.3 Zwei-Flächen-Verrundung Eine Zwei-Flächen-Verrundung verrundet zwei Teilflächen eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers mit einem konstanten oder variablen Radius. Eine Übersicht der Parameter einer Zwei-Flächen-Verrundung gibt Bild 3.32. Bild 3.32: Parameter einer ZweiFlächen-Verrundung

Das Verrundungsobjekt wird über das Feld „Zu verrundende Teilflächen“ deklariert. Es besteht aus zwei Teilflächen, die eine gemeinsame Kante besitzen dürfen. Eine gemeinsame Kante ist jedoch nicht notwendig. Zwei Beispiele gibt Tabelle 3.112. Die linke Spalte zeigt eine Zwei-FlächenVerrundung, deren Verrundungsobjekt eine gemeinsame Kante besitzt. Das Verrundungsobjekt ist grün dargestellt. In diesem Fall unterscheidet sich das Ergebnis nicht von einer konstanten Kantenverrundung. Im zweiten Beispiel berühren sich die Teilflächen des Verrundungsobjektes nicht. Tabelle 3.112: Verrundungsobjekt einer Zwei-Flächen-Verrundung

Gemeinsame Kante

Keine gemeinsame Kante

Der Verrundungsradius einer Zwei-Flächen-Verrundung kann auf zwei verschiedene Weisen definiert werden:

128

3.6 Verrundung erzeugen Ein konstanter Verrundungsradius wird über das Feld „Radius“ definiert. Nicht immer kann CATIA eine Zwei-Flächen-Verrundung erstellen, wenn ein konstanter Radius vorgegeben ist. In diesem Fall verwendet das System den Radius nur als Richtwert. Ein Anwender wird durch Systemmeldungen informiert, falls durch den Rechenalgorithmus Abweichungen vom eingestellten Radienwert vorgenommen werden. Wenn mit einer Führungs- und Leitkurve gearbeitet wird, kann eine Zwei-FlächenVerrundung mit einem variablen Verrundungsradius erzeugt werden. Eine Führungskurve wird im Feld „Hold Curve“ deklariert. Die Führungskurve legt den Einlauf der Verrundungsfläche in ihre Stützflächen fest. Zusätzlich zu einer Führungskurve muss eine Leitkurve im Feld „Spine“ definiert werden. Der Verrundungsradius liegt senkrecht zur Leitkurve (Abschnitt 3.6.2). Ein Beispiel einer Zwei-Flächen-Verrundung mit variablem Radius gibt Tabelle 3.113. Die linke Spalte zeigt orangefarben umrandet die Teilflächen des Verrundungsobjektes. Auf der unteren Teilfläche liegt eine Skizze, deren Kontur als Führungs- und Leitkurve verwendet ist. Die rechte Spalte zeigt das Ergebnis der ZweiFlächen-Verrundung. Die Teilflächen des Verrundungsobjektes sind im Ergebnis grün hervorgehoben. Die Verrundung läuft exakt an der Stelle in die untere Teilfläche des Verrundungsobjektes ein, an der die Führungskurve liegt. Definition

Ergebnis

Tabelle 3.113: Zwei-Flächen-Verrundung mit einer Führungs- und Leitkurve

Der Rechenalgorithmus bestimmt das begrenzende Element einer Zwei-FlächenVerrundung automatisch (vgl. Abschnitt 3.6.1). Über das Feld „Begrenzendes Element“ kann ein begrenzendes Element manuell definiert werden. 3.6.3.4 Drei-Tangenten-Verrundung Eine Drei-Tangenten-Verrundung verrundet drei Flächen eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers mit einem konstanten oder variablen Verrundungsradius. Eine Übersicht des Definitionsfensters einer Drei-TangentenVerrundung gibt Bild 3.33.

129

3 CATIA-Basiswissen Das Verrundungsobjekt wird über die Felder „Zu verrundende Teilflächen“ und „Zu entfernende Teilfläche“ deklariert. Die zu entfernende Teilfläche muss jeweils mit einer gemeinsamen Kante an die beiden zu verrundenden Teilflächen angrenzen und die beiden Flächen verbinden. Die Verrundungsfläche liegt an allen drei Flächen tangentenstetig an, so dass sich je nach Geometrie der Flächen ein konstanter oder variabler Verrundungsradius ergibt (Tabelle 3.114). Die Verrundungsoperation zeichnet sich durch einen sehr stabilen Rechenalgorithmus aus. Bild 3.33: Parameter einer DreiTangenten-Verrundung

Tabelle 3.114: Drei-TangentenVerrundung mit konstantem und variablen Verrundungsradius

Konstanter Verrundungsradius

Variabler Verrundungsradius

Der Rechenalgorithmus bestimmt das begrenzende Element einer Drei-TangentenVerrundung automatisch (vgl. Abschnitt 3.6.1). Über das Feld „Begrenzendes Element“ kann ein begrenzendes Element manuell angegeben werden.

3.6.4

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Nicht jede Geometrie eines Volumenkörpers oder zusammengesetzten Volumenkörpers erlaubt es, eine Verrundungsoperation zu berechnen. In vielen Fällen sind zu komplexe Stützflächen und zu viele Elemente in einem Verrundungsobjekt die Ursache. Der Auslöser ist häufig, dass eine Operation an einer ungünstigen Stelle im Konstruktionsbaum eingefügt wird. Tipps zur Vermeidung dieser methodischen Fehler werden in Abschnitt 4.7 behandelt. Dieser Abschnitt stellt häufige Fehlermeldungen dar, die bei einer fehlerhaften Verrundungsoperation von CATIA gemeldet werden. Neben einer Beschreibung der möglichen Fehlerursache ist ein Lösungsvorschlag vorgestellt.

130

3.6 Verrundung erzeugen 3.6.4.1 „Verdrehte Fläche (Twisted surface)“ Wird eine Verrundung erzeugt, deren Stützflächen Krümmungen aufweisen, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Das Ergebnis enthält mindestens eine verdrehte Fläche.“ „The result contains at least one twisted surface.“

Deutsch Englisch

Die Ursache ist, dass die Krümmungsradien einer oder beider Stützflächen kleiner sind als der Verrundungsradius. Dies führt bei einem konvexen Flächenverlauf zu einer Verdrehung der Verrundungsfläche (Tabelle 3.115, links). Eine Lösung ist, die Krümmungsradien der Stützflächen zu vergrößern (Tabelle 3.115, rechts). Alternativ könnte ein kleinerer Verrundungsradius verwendet werden. Fehlerursache

Lösung

Die konvexen Krümmungsradien in der vorderen Stützfläche sind kleiner als der Verrundungsradius.

Die Krümmungen in der betroffenen Stützfläche werden reduziert, indem die Fläche geglättet wird.

Tabelle 3.115: Beispiel eines Fehlers „Verdrehte Fläche“

3.6.4.2 „Ungültige Neubegrenzung (Impossible relimitation)“ Wird eine Verrundung verwendet, deren Stützflächen nicht durch eine gemeinsame Teilfläche begrenzt werden, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Ungültige Neubegrenzung. Die lokale Topologie oder Geometrie ist zu komplex.“ „Impossible Relimitation. The local topology or geometry is too complex.“

Deutsch Englisch

Die Ursache ist, dass der Verrundungsalgorithmus nicht eine Teilfläche findet, die als begrenzendes Element verwendet werden kann. Eine geometrische Ursache können ungleich lange Stützflächen sein (Tabelle 3.116, links). Eine Lösung ist, das begrenzende Element manuell zu definieren (Tabelle 3.116, Mitte) oder eine Stützfläche durch eine vorher angebrachte Kantenverrundung zu verlängern (Tabelle 3.116, rechts).

131

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.116: Beispiel eines Fehlers „Ungültige Neubegrenzung“, Ursache 1

Fehlerursache

Lösung 1

Wegen der ungleich langen Das begrenzende Element wird Stützflächen findet der Algo- manuell deklariert. rithmus nicht automatisch die begrenzenden Elemente.

Lösung 2

Die vordere Kante wird verrundet, so dass beide Stützflächen an ein gemeinsames begrenzendes Element stoßen.

In vielen Fällen liegt die Ursache darin, dass eine zu verrundende Kante in einer Spitze ausläuft, an der mehrere Teilflächen zusammenstoßen (Tabelle 3.117, links). In dem abgebildeten Beispiel ist keine der vier Teilflächen geeignet, als begrenzendes Element zu dienen. In so einem Fall sollte versucht werden, die Verrundungsoperation an einer früheren Stelle im Konstruktionsbaum anzuwenden (vgl. Abschnitt 4.7). Tabelle 3.117: Beispiel eines Fehlers „Ungültige Neubegrenzung“, Ursache 2

Fehlerursache

Lösung

Keine der Teilflächen am Ende der zu verrun- Die Verrundungsoperation wird an früherer Steldenden Kante können als begrenzendes Ele- le im Konstruktionsbaum angebracht, bevor die ment verwendet werden. Tasche subtrahiert wird.

3.6.4.3 „Element nicht mehr erkannt (Element no longer recognized)“ Wird ein Volumenkörper geändert, an dem eine Verrundung angebracht ist, können folgende Fehlermeldungen erscheinen:

132

3.6 Verrundung erzeugen „Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“

Deutsch Englisch

oder „X Kante(n) und X Teilfläche(n) können nicht verwendet werden.“ „One edge(s) or 0 face(s) can’t be used.“

Deutsch Englisch

Die Ursache ist, dass durch die geometrische Änderung ein Element entfallen ist, das zur Definition der Verrundung verwendet wurde. Häufig wird der Fehler ausgelöst, wenn in einer Skizze Linien oder Kurven gelöscht werden. In diesem Fall werden CATIA intern auch die Geometrieelemente gelöscht, die auf diesen Skizzenelementen beruhen (vgl. Abschnitt 4.1). Der Fehler kann beseitigt werden, indem die Verrundungsoperation editiert und das verlorene Element neu selektiert wird. Der Fehler kann häufig im vorhinein vermieden werden, wenn die Regeln des Abschnittes 4.9 beachtet werden. Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.118: Beispiel eines Fehlers „Kante nicht mehr erkannt“

Eine Stützfläche der Verrundung ist entfallen Die Verrundungsoperation wird durch Doppelund damit auch die Kante, die als Verrun- klicken geöffnet und die verlorengegangene dungsobjekt definiert wurde. Kante neu selektiert. Der Fehler kann häufig vermieden werden, wenn eine Skizze nicht durch Löschen von Elementen, sondern durch Modifikation ihrer Parameter geändert wird.

3.6.4.4

„Endpunkte nicht erreichbar (Cannot reach end points)“

Wird eine Kante verrundet, deren Stützflächen starke Krümmungen an den Enden der Kante aufweisen, so kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Band kann den oder die Endpunkte der Kante(n) nicht erreichen.“ „Ribbon cannot reach endpoint(s) of edge(s).“

Deutsch Englisch

133

3 CATIA-Basiswissen Die Ursache ist, dass durch die Geometrie der Stützflächen die berechnete Verrundungsfläche nicht bis zum Ende der Kante reicht (Tabelle 3.119, links). Der rote Halbbogen markiert die äußerste Stelle, die über die Verrundungsfläche erreicht wird. Die gelbe Kurve deutet an, bis wohin sich die Verrundungsfläche erstrecken müsste, damit die Verrundung berechnet werden könnte. Häufig ist eine Lösung, den Verrundungsradius zu verkleinern (Tabelle 3.119, rechts). Schafft das keine Abhilfe, sollte die Verrundungsoperation an einer früheren Stelle im Baum angebracht (vgl. Abschnitt 4.7) oder die Geometrie der Stützflächen geändert werden. Tabelle 3.119: Beispiel eines Fehlers „Endpunkte nicht erreichbar“

Fehlerursache

Lösung

Die Verrundungsfläche reicht nicht bis zum En- Der Verrundungsradius wird verkleinert. de der zu verrundenden Kante.

3.6.4.5 „Zu starke Auswirkungen (Too large impact)“ Wird eine Kantenverrundung definiert, deren Verrundungsobjekt mehrere Kanten enthält, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: Deutsch Englisch

„Die Operation hat zu starke Auswirkungen auf den Körper. Es kann zum Verlust wichtiger Teile des Körpers kommen.“ „The operation has too large impact on the body. Some important portions of the body may disappear.“ Die Ursache ist, dass der Rechenalgorithmus die internen Begrenzungs- und Stützflächen einer Kante (Abschnitt 3.6.2) nicht bestimmen kann. Es kann es helfen, die Option „Bänder trimmen“ zu aktivieren. CATIA berechnet in diesem Fall alle Verrundungsflächen auf der Ursprungsgeometrie und beschneidet diese gegeneinander, bevor die resultierende Geometrie gebildet wird (Tabelle 3.120). Häufig ist das Problem darin begründet, dass ein zusammengesetzter Volumenkörper zu komplex ist. In diesem Fall sollte das Prinzip der Dekomposition angewendet werden (vgl. Abschnitt 4.2).

134

3.6 Verrundung erzeugen Fehlerursache

Lösung

Der Verrundungsalgorithmus kann keine verwendbaren Stütz- oder Begrenzungselemente finden, da die Verrundungsflächen der beiden Kanten übereinander liegen.

Die Option „Bänder trimmen“ wird aktiviert. Dadurch werden die Verrundungsflächen berechnet und gegeneinander beschnitten, bevor der resultierende Volumenkörper gebildet wird.

3.6.4.6

Tabelle 3.120: Beispiel eines Fehlers „Zu starke Auswirkungen“

„Eckkanten nicht erzeugbar (Cannot create corner edges)“

Wird eine Eckverrundung definiert, kann folgende Fehlermeldung erscheinen: „Eckkanten können nicht erzeugt werden.“ „Cannot create corner edges.“

Deutsch Englisch

Eine häufige Ursache ist, dass sich die berechnete Fläche zwischen zwei Kanten der Eckverrundung verdreht (Tabelle 3.121). Dieser Zustand kann behoben werden, indem entweder der Radius verkleinert oder die Zurücksetzungsabstände der beiden betroffenen Kanten vergrößert werden. Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.121: Beispiel eines Fehlers „Eckkanten nicht erzeugbar“

Die Verrundungsfläche überschlägt sich am Be- Die Zurücksetzungsabstände der beiden betrofginn der Eckverrundung, da zwei zu verrunfenen Kanten werden vergrößert. Alternativ dende Kanten zu nahe beieinander liegen. könnte der Verrundungsradius verkleinert werden.

135

3 CATIA-Basiswissen 3.6.5

Übungen

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführten Übungen.

Aufgabenblatt 3.9 Bitte kennzeichnen Sie in der Spalte „Ausgangszustand“ der beiden Tabellen folgende Geometrieelemente: VerrunLösungsblatt dungsobjekte (VO), entfallende Teilflächen (ET) und begrenzende Elemente 3.9 (BE). Dauer 20 min

Übung 3.9: Parameter einer Verrundung Übung 3.10: Verrundung erstellen

Aufgabenblatt 3.10

Lösungsblatt 3.10

Welche begrenzenden Elemente werden automatisch ermittelt?

Öffnen Sie zwei leere CATParts und erstellen Sie in deren Hauptkörpern die abgebildeten verrundeten Volumenkörper. Gehen Sie in beiden Fällen von einem scharfkantigen Ausgangskörper aus.

Dauer 40 min

3.7

Fase erzeugen

Eine Fase ist eine Kantenoperation (Abschnitt 2.3), die eine oder mehrere Kanten eines einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörpers mit einer Fase versieht. In den folgenden Abschnitten ist beschrieben, wie eine Fase erzeugt wird und welche Abhängigkeiten eine Fase besitzt.

136

3.7 Fase erzeugen 3.7.1

Parameter

Die Parameter einer Fase sind deren Elterngeometrie, Orientierung und Faseninformation. Die Elterngeometrie einer Fase sind die Kanten, an denen eine Fasenoperation angebracht ist. Bei der Definition einer Fase wird die Elterngeometrie durch orangefarbene Kanten dargestellt (Tabelle 3.122, links). Die Faseninformation einer Fase sind deren Winkel und Länge oder zwei Längen. Während eine Fase definiert oder editiert wird, wird die Faseninformation durch ein grünes Dreieck angezeigt, das mit den Parametern der Faseninformation beschriftet ist. Die Orientierung legt fest, auf welcher Seite einer Kante die Länge und der Winkel der Faseninformation gemessen werden. Verfügt eine Faseninformation über zwei Längen, beschreibt die Orientierung die Lage der ersten Länge. Die Orientierung wird durch orangefarbene Orientierungspfeile an den Kanten der Elterngeometrie im 3D dargestellt. Definition

3.7.2

Ergebnis

Tabelle 3.122: Parameter einer Fase

Interne Arbeitsweise von CATIA

Intern wird eine Fase durch ein Objekt „Chamfer“ abgebildet, das der Klasse „Dress Up Shape“ (Abschnitt 2.3) angehört. Für die Elterngeometrie, Faseninformation und Orientierung gibt es im Objekt „Chamfer“ eine Liste und mehrere Parameter, in denen die Definition der Fase gespeichert ist (Tabelle 3.123). Die Elterngeometrie der Fase ist in der Liste „Elements to Chamfer“ abgelegt. Intern speichert CATIA für eine Elterngeometrie zusätzlich die Teilflächen einer Kante und den zugehörigen Volumenkörper. Die Art der Faseninformation ist in der Eigenschaft „Mode“ gespeichert, der Winkel und die Längen in den Eigenschaften „Angle“, „Length 1“ und „Length 2“. In Abhängigkeit der Art der Faseninformation ist entweder die Eigenschaft „Angle“ oder „Length 2“ deaktiviert (graues Feld).

137

3 CATIA-Basiswissen Die Orientierung ist in dem Parameter „Orientation“ gespeichert. Es gibt nur jeweils einen Speicherplatz für den Winkel, die beiden Längen und die Orientierung, so dass deren Werte für alle Kanten der Elterngeometrie gelten. Tabelle 3.123 zeigt ein Beispiel einer Fase, die über eine Länge und einen Winkel definiert ist. Die Eigenschaft „Length 2“ ist für einen Anwender ausgeblendet, da diese nicht benötigt wird (graues Feld). Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Fase auf einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler laufen kann. Ist ein Geometrieobjekt der Eigenschaft „Elements to Chamfer“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann die Fase nicht berechnet werden. Sind die Werte der Eigenschaften „Angle“, „Length 1“ und „Length 2“ mit der Ausgangsgeometrie inkompatibel, ist auch die Fasendefinition defekt. Beispiele gibt Abschnitt 3.7.4. Tabelle 3.123: Interne Speicherung einer Fase

Anwendersicht

Objekt „Chamfer“ Eigenschaft

Inhalt

Mode

Länge und Winkel

Angle

45°

Length 1

15 mm

Length 2

nicht benutzt

Orientation

No Reverse

Elements to Chamfer Kante an Block.1 zwischen Seitenfläche.1 und Deckfläche Kante an Block.1 zwischen Seitenfläche.3 und Deckfläche

Um die Teilflächen einer Fase zu ermitteln, werden diese mit einem Übermaß berechnet und anschließend mit den Teilflächen der Ausgangsgeometrie beschnitten. Eine Teilfläche einer Fase wird über eine lineare Translationsfläche bestimmt, die entlang einer oder zwei Parallelkurven zur Fasenkante aufgespannt ist. Die Parallelkurven liegen auf den Teilflächen der Ausgangsgeometrie, welche die Fasenkante bilden, und werden intern extrapoliert, um eine größere Teilfläche für den Beschnitt zu erhalten.

138

3.7 Fase erzeugen Ist eine Fase durch einen Winkel und eine Länge definiert, wird eine Parallelkurve verwendet. Die Parallelkurve liegt auf der Teilfläche, die durch die Orientierung festgelegt ist. Sie hat einen Abstand zur Fasenkante, die der Länge der Fase entspricht. Der Winkel zwischen der Teilfläche der Ausgangsgeometrie und der Translationsfläche der Fase ist der Fasenwinkel (Tabelle 3.124, links). In der Abbildung sind die Parallelkurve grün und die unbeschnittene Teilfläche der Fase gelb dargestellt. Ist eine Fase durch zwei Längen definiert, werden Parallelkurven auf beiden Teilflächen ihrer Kante berechnet und dazwischen eine Fläche aufgespannt (Tabelle 3.124, rechts). Im Beispiel sind die beiden Parallelkurven grün und die unbeschnittene Teilfläche gelb markiert. Länge und Winkel

3.7.3

Zwei Längen

Tabelle 3.124: Interne Berechnung einer Fase

CATIA-Befehl

Der Dialog zum Erzeugen einer Fase wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Fase“ der Symbolleiste „Aufbereitungskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich ein Parameterfenster, über das die Parameter der Fase definiert werden können (Bild 3.34). Bild 3.34: Fenster mit den Parametern einer Fase

Die Elterngeometrie einer Fase wird im Feld „Abzuschrägende(s) Objekt(e)“ deklariert. Es können eine oder mehrere Kanten eines Volumenkörpers angegeben wer-

139

3 CATIA-Basiswissen den. Die Art der Fortführung bestimmt, ob nur eine definierte Kante oder auch tangential angrenzende Kanten zur Elterngeometrie zählen (Tabelle 3.125). Ist die Fortführung „Minimum“, wird nur genau eine deklarierte Kante mit einer Fase versehen. Ist die Fortführung „Tangentenstetigkeit“, werden alle Kanten, die an eine deklarierte Kante tangentenstetig angrenzen, in die Operation einbezogen. Die Faseninformation wird in den Feldern „Länge“ und „Winkel“ definiert und gilt für alle Kanten der Elterngeometrie. Über das Auswahlfeld „Modus“ kann ein Anwender festlegen, ob eine Faseninformation über eine Länge und einen Winkel oder zwei Längen verfügen soll. Die Orientierung einer Fase kann über die Option „Umkehren“ oder eine Selektion des Orientierungspfeils im 3D invertiert werden. Tabelle 3.125: Arten der Fortführung einer Fase

Elterngeometrie

Art der Fortführung Minimum

3.7.4

Tangentenstetigkeit

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Wird eine Fase erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, der mit einer Fase versehen ist, können unvollständige oder ungeeignete Parameter zu einer Fehlermeldung führen. In den folgenden Abschnitten sind häufige Fehlermeldungen und deren Ursachen sowie Lösungsmöglichkeiten aufgeführt. 3.7.4.1 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ Wird die Skizze oder eine Teilfläche eines Volumenkörpers geändert, auf dem eine Fase angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“ Die Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenkörpers eine Kante entfallen ist, die als Elterngeometrie definiert wurde. In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der Skizze des Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird. Kanten, die nicht mehr erkannt werden, werden beim Editieren gelb dargestellt (Tabelle 3.126, links). Wird die Fase editiert und die Kante neu deklariert, ist der Fehler behoben und die Fase kann berechnet werden (Tabelle 3.126, rechts).

140

3.7 Fase erzeugen Fehlerursache

Lösung

Durch eine Änderung des Volumenkörpers ist eine Kante der Elterngeometrie entfallen.

Tabelle 3.126: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche nicht mehr erkannt“

Die Fase wird editiert und die Kante neu deklariert.

3.7.4.2 „Operation kann nicht initialisiert werden (Cannot initialize operation)“ Wird eine Fase erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, auf dem eine Fase angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Die Operation kann nicht initialisiert werden.“ „Cannot initialize the operation.“

Deutsch Englisch

Die Fehlerursache ist, dass die Translationsfläche der Fase (Abschnitt 3.7.2) nicht berechnet werden kann oder ein Beschnitt der Translationsfläche mit den ursprünglichen Teilflächen des Volumenkörpers nicht möglich ist. Dies tritt insbesondere dann auf, wenn die Fasenlänge so groß ist, dass eine Teilfläche vollständig entfallen würde (Tabelle 3.127, links). Fehlerursache

Lösung 1

Die Länge der Fase ist zu groß. Die Länge der Fase wird verDurch die Operation würde die ringert, so dass ein Stück der rote Teilfläche vollständig ent- Teilfläche bestehen bleibt. fallen.

Lösung 2

Tabelle 3.127 : Beispiel eines Fehlers „Operation kann nicht initialisiert werden“

Die Fase wird auf einem größeren Volumenkörper aufgebracht und das Ergebnis gestutzt.

141

3 CATIA-Basiswissen Eine Lösung ist in diesem Fall, die Fasenlänge zu verringern (Tabelle 3.127, Mitte). Darf die Fasenlänge nicht verringert werden, sollte mit einem größeren Volumenkörper gearbeitet werden, von dem anschließend ein Teilbereich durch einen Abzugskörper entfernt wird (Tabelle 3.127, rechts). 3.7.4.3

„Ergebnis enthält verdrehte Fläche (Result contains one twisted surface)“

Wird eine Fase erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, auf dem eine Fase angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Berechnung des Bands: Das Ergebnis enthält mindestens eine verdrehte Fläche.“ „Ribbon computation: The result contains at least one twisted surface.“ Die Fehlerursache ist, dass konvexe Krümmungsradien in einer Kante der Elterngeometrie kleiner sind als die erste oder zweite Fasenlänge. Die Teilfläche der Fase kann dann nicht berechnet werden, da sie sich an den Stellen kleiner konvexer Krümmungsradien überschlägt (Tabelle 3.128, links). Eine Lösung ist, die konvexen Krümmungsradien mindestens gleich oder größer der Fasenlänge auszugestalten (Tabelle 3.128, rechts). Alternativ könnte die Fasenlänge verkleinert werden.

Tabelle 3.128 : Beispiel eines Fehlers „Ergebnis enthält verdrehte Fläche“

Fehlerursache

Lösung

Die Länge der Fase ist größer als konvexe Die konvexen Krümmungsradien der Kante Krümmungsradien der Kante. Die Teilfläche der werden vergrößert. Fase überschlägt sich.

3.7.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

142

3.8 Trennen und Fläche integrieren

Aufgabenblatt a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: 3.11 Über welche Parameter verfügt eine Fase? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden gespeichert? Lösungsblatt b) Bitte öffnen Sie ein leeres CATPart 3.11 und erstellen Sie den abgebildeten Volumenkörper.

Übung 3.11: Fase erzeugen

Dauer 30 min

3.8

Trennen und Fläche integrieren

„Trennen“ und „Fläche integrieren“ sind Flächenoperationen (Abschnitt 2.3). „Trennen“ verändert einen bestehenden einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper, indem Material abgetragen wird. „Fläche integrieren“ trägt Material ab oder auf. Beide Flächenoperationen können nicht an der obersten Position in der Elementliste eines Körpers angeordnet werden, da sie ohne einen Volumenkörper nicht existieren können. In den folgenden Abschnitten wird dargestellt, wie eine Flächenoperation des Typs „Trennen“ und „Fläche integrieren“ erzeugt wird.

3.8.1

Parameter

Allgemeine Parameter einer Flächenoperation „Trennen“ und „Fläche integrieren“ sind deren Elterngeometrie und Orientierung. Die Elterngeometrie ist eine Ebene, eine Fläche oder ein Flächenverband und wird zur geometrischen Definition der Flächenoperation verwendet. Die Elterngeometrie oder ein Teil von ihr wird nach erfolgter Operation eine Teilfläche des veränderten Volumenkörpers (Tabelle 3.129, rechts). Parameter während der Definition

Parameter im Ergebnis

Tabelle 3.129: Beispiel für die Parameter einer Flächenoperation „Trennen“

143

3 CATIA-Basiswissen Die Orientierung bestimmt, welche Seite der Elterngeometrie für die Operation verwendet wird. Die Orientierung wird während der Erzeugung einer Operation „Trennen“ oder „Fläche integrieren“ als kleiner orangefarbener Pfeil dargestellt (Tabelle 3.129, links).

3.8.2

Interne Arbeitsweise von CATIA

In der internen Objekthierarchie von CATIA sind eine Flächenoperation „Trennen“ und „Fläche integrieren“ durch ein Objekt „Split“ und „Sew Surface“ abgebildet. Beide Objekte sind eng mit denen der Volumenkörper „Fläche schließen“ und „Aufmaßfläche“ verwandt, da beide Operationen und Volumenkörper aus der Klasse „Surface Based Shape“ abgeleitet sind (Abschnitt 3.4.2). Ein aufmerksamer Leser der Onlinedokumentation wird feststellen, dass aus diesem Grund die vier Geometrieelemente unter dem Thema „Surface-Based Features“ zusammengefasst sind, obwohl die beiden Operationen aus der Sicht eines Anwenders besser unter „Dress-Up Features“ aufgehoben wären. In der Klasse „Surface Based Shape“ ist die Eigenschaft verankert, eine Fläche speichern zu können. Hier ist die Elterngeometrie einer Operation „Trennen“ oder „Fläche integrieren“ abgelegt (Tabelle 3.130, links). Die beiden Klassen „Split“ und „Sew Surface“ verfügen jeweils über die Eigenschaft, die Orientierung der Fläche zu speichern (Tabelle 3.130, rechts). Tabelle 3.130: Verwandtschaft der Flächenoperationen „Trennen“ und „Fläche integrieren“

Übergeordnete Klasse Surface Based Shape

Objekte „Split“ und „Sew Surface“ Split (Trennen) Sew Surface (Fläche integrieren)

Eigenschaft „Elterngeometrie“

Eigenschaft „Orientierung“

Bei der Berechnung einer Operation „Trennen“ verschneidet CATIA die Teilflächen des zu modifizierenden Volumenkörpers mit der Elterngeometrie der Operation. Als Ergebnis liegen Verschnittkurven vor. Die Teilflächen des zu modifizierenden Volumenkörpers und die Elterngeometrie der Operation werden anschließend an den Verschnittkurven gestutzt, um die Teilflächen des Ergebnisses zu bestimmen. Diese internen Schritte sind für einen Anwender nicht sichtbar. Die linke Spalte der Tabelle 3.131 zeigt als Beispiel einer Operation „Trennen“ die Verschnittkurven in roter, die gestutzten Teilflächen des Ergebnisses in gelber und die Elterngeometrie in altrosa Farbe. Der Algorithmus kann eine Operation „Trennen“ nicht berechnen, falls die Verschnittkurven nicht zum Stutzen geeignet sind oder die Trennfläche innerhalb des verwendete Teilbereiches Löcher oder Lücken aufweist (vgl. Abschnitt 3.8.4). Der Algorithmus einer Operation „Fläche integrieren“ verwendet zum Stutzen der Teilflächen des zu modifizierenden Volumenkörpers die Begrenzungskurven der El-

144

3.8 Trennen und Fläche integrieren terngeometrie. Die rechte Spalte der Tabelle 3.131 zeigt in einem Beispiel die Begrenzungskurven in roter Farbe und die gestutzten Teilflächen in gelber. Der Algorithmus kann eine Operation „Fläche integrieren“ nicht berechnen, wenn die Begrenzungskurven nicht auf der Oberfläche des zu modifizierenden Volumenkörpers liegen oder die Elterngeometrie Lücken oder Löcher aufweist (vgl. Abschnitt 3.8.4). Trennen

3.8.3

Fläche integrieren

Tabelle 3.131: Interne Arbeitsweise zur Bestimmung des Ergebnisses einer Operation

CATIA-Befehle

In der Symbolleiste „Auf Flächen basierende Komponenten“ ist für die Operationen „Trennen“ und „Fläche integrieren“ je eine Schaltfläche vorhanden, durch deren Selektion die Erzeugung der Operation gestartet wird. 3.8.3.1 Trennen Die Operation „Trennen“ beschneidet einen einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper an einer Ebene, einer Fläche oder einem Flächenverband. Ein Beispiel eines Parameterfensters der Operation gibt Bild 3.35. Bild 3.35: Parameterfenster der Operation „Trennen“

Die Elterngeometrie der Operation wird im Feld „Trennendes Element“ deklariert. Als Elterngeometrie kann eine Ebene, eine Fläche oder ein Flächenverband verwendet werden. Eine Fläche oder Flächenverband muss im verwendeten Teilbereich vollständig geschlossen sein und darf keine Lücken aufweisen. Außerhalb eines verwendeten Bereiches sind Lücken oder Löcher erlaubt (Tabelle 3.132). Die Orientierung legt fest, welche Seite des Volumenkörpers nach der Operation erhalten bleibt. Während der Erzeugung wird die Orientierung durch orangefarbene Pfeile dargestellt und kann über eine Selektion eines Pfeils invertiert werden.

145

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.132: Erzeugung einer Operation „Trennen“

Definition

Ergebnis

3.8.3.2 Fläche integrieren Die Operation „Fläche integrieren“ entfernt oder ergänzt Material an einem einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper. Ein Beispiel für ein Fenster mit den Parametern der Operation zeigt Bild 3.36. Bild 3.36: Parameterfenster der Operation „Fläche integrieren“

Die Elterngeometrie der Operation wird im Feld „Objekt für Integration“ deklariert. Der CATIA-Dialog erfordert eine Erstdeklaration, unmittelbar nachdem die Schaltfläche der Operation gedrückt wird. Die geometrischen Anforderungen an eine Elterngeometrie hängen davon ab, unter welchem Modus ein Anwender die Operation anwendet. Der Modus wird durch die Option „Körper schneiden“ ausgewählt. Ist die Option „Körper schneiden“ aktiviert, entspricht die Operation der Flächenoperation „Trennen“. Ein einzelner oder zusammengesetzter Volumenkörper wird an einer Ebene, einer Fläche oder einem Flächenverband beschnitten. Bezüglich der Anwendung der Operation und den Anforderungen an ihre Parameter gelten die Bedingungen der Operation „Trennen“ analog (vgl. Abschnitt 3.8.3.1). Ist die Option „Körper schneiden“ deaktiviert, kann durch die Operation einem Volumenkörper Material hinzugefügt oder entfernt werden. Die Flächenränder der Elterngeometrie müssen auf den Teilflächen des Volumenkörpers liegen, der durch die Operation verändert wird. Tabelle 3.133 zeigt drei Beispiele, in denen ein Quader durch eine Operation „Fläche integrieren“ verändert worden ist. Es kann nicht nur Material auf- oder abgetragen werden (links und Mitte), sondern es ist auch eine Kombination beider Möglichkeiten in einer Operation möglich (rechts).

146

3.8 Trennen und Fläche integrieren Die Orientierung der Operation wird analog der Operation „Trennen“ über orangefarbene Pfeile während der Definition bestimmt. Die Pfeile zeigen immer auf den Bestandteil des Volumenkörpers, an dem Material hinzugefügt oder bestehen bleiben soll. Hinzufügen

3.8.4

Entfernen

Hinzufügen und Entfernen

Tabelle 3.133: Beispiele der Operation „Fläche integrieren“ bei deaktivierter Option „Körper schneiden“

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Wird eine Operation „Trennen“ oder „Fläche integrieren“ erzeugt oder geändert, kann ein Anwender eine Fehlermeldung erhalten, wenn die Elterngeometrie die im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Voraussetzungen nicht erfüllt. Dieser Abschnitt stellt häufige Fehlermeldungen dar, die bei einer fehlerhaften Operation von CATIA gemeldet werden. Neben einer Beschreibung der möglichen Fehlerursache ist ein Lösungsvorschlag vorgestellt. 3.8.4.1 „Teilflächenverband weist Loch auf (Skin has a hole)“ Wird eine Operation „Trennen“ erzeugt oder geändert, kann vom System folgender Fehler gemeldet werden: „Ein Teilflächenverband weist ein Loch auf, das innerhalb des Volumenelements liegt. Die Trennung kann nicht berechnet werden.“ „A skin has a hole, and this hole is inside the volume: the split cannot be computed.“

Deutsch Englisch

Die Ursache liegt darin, dass die Elterngeometrie, die zur Definition der Trennung verwendet wird, mindestens ein Loch oder eine Lücke aufweist in dem Teilbereich, der innerhalb des zu trennenden Volumenkörpers liegt (Tabelle 3.134, links). Das Beispiel zeigt eine Trennfläche mit einer Lücke, die durch eine rote Randkurve markiert ist. Wird die Fläche oder der Flächenverband geändert, so dass innerhalb des Bereiches, in dem die Trennung erfolgt, eine durchgängige Fläche besteht, kann die Trennung berechnet werden (Tabelle 3.134, rechts). Nicht immer ist eine Lücke mit bloßem Auge zu erkennen. Wird die Funktion „Begrenzung“ des Arbeitsbereiches „Generative Shape Design“ auf die Trennfläche angewendet und die Linienstärke des Ergebnisses über die graphischen Eigenschaften vergrößert, kann eine Lücke auch mit bloßem Auge identifiziert werden.

147

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.134: Beispiel eines Fehlers „Teilflächenverband weist Loch auf“

Fehlerursache

Lösung

Die Trennfläche weist eine Lücke auf, die inner- Die Flächenqualität wird verbessert, indem die halb des zu schneidenden Volumenkörpers Lücke beseitigt wird. liegt.

3.8.4.2

„Teilflächenverband trennt unvollständig (Skin does not cut across volume)“ Wird eine Operation „Trennen“ erzeugt oder geändert, kann vom System folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Ein Teilflächenverband trennt eines der Volumenelemente nicht vollständig: die Trennung kann nicht berechnet werden.“ „A skin does not cut right across one of the volume: the split cannot be computed.“ Die Fehlerursache ist eine mangelnde Größe der Trennfläche. Der Volumenkörper, an dem die Operation vorgenommen wird, kann durch die Trennfläche nicht vollständig in zwei Bereiche getrennt werden (Tabelle 3.135, links). Eine Lösung ist, die Trennfläche zu vergrößern (Tabelle 3.135, rechts).

Tabelle 3.135: Beispiel eines Fehlers „Teilflächenverband trennt unvollständig“

148

Fehlerursache

Lösung

Die Fläche, die zum Trennen verwendet wird, teilt den Volumenkörper nicht vollständig.

Die Fläche wird verlängert, so dass sie den Volumenkörper vollständig in zwei Bereiche teilt.

3.8 Trennen und Fläche integrieren 3.8.4.3 „Begrenzung nicht auf Trimmkörper (Boundary not on trimming body)“ Wird eine Operation „Fläche integrieren“ erzeugt oder deren Elterngeometrie geändert, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: „Die Begrenzung des Teilflächenverbands ist nicht vollständig auf dem Trimmkörper abgelegt.“ „The skin boundary does not completely lay down on the trimming body.“

Deutsch Englisch

Eine Ursache kann darin liegen, dass die Randkurve der Fläche, die als Elterngeometrie der Operation verwendet wird, nicht auf der Oberfläche des zu verändernden Volumenkörpers liegt (Tabelle 3.136, links). Die durchgezogene rote Kurve zeigt die vorhandene Randkurve, die gestrichelte Kurve eine Randkurve, die auf der Oberfläche läge. Eine Lösung ist, die zu integrierende Fläche so zu ändern, dass deren Randkurven vollständig auf der Oberfläche des Volumenkörpers zum Liegen kommen (Tabelle 3.136, rechts). Die geänderte Randkurve ist im Beispiel grün dargestellt. Fehlerursache 1

Lösung

Die Randkurven der zu integrierenden Fläche liegen nicht auf der Oberfläche des Volumenkörpers.

Die Fläche wird so modifiziert, dass ihre Begrenzung vollständig auf dem Volumenkörper liegt.

Fehlerursache 2

Lösung

Die zu integrierende Fläche hat ein Loch.

Tabelle 3.136: Erstes Beispiel eines Fehlers „Begrenzung nicht auf Trimmkörper“

Tabelle 3.137: Zweites Beispiel eines Fehlers „Begrenzung nicht auf Trimmkörper“

Die Flächenqualität wird verbessert und das Loch geschlossen.

149

3 CATIA-Basiswissen Eine zweite Ursache können Lücken oder Löcher in der zu integrierenden Fläche sein (Tabelle 3.137, links). Im Beispiel sind die von CATIA gefundenen Begrenzungen durch rote Kurven dargestellt. Der Fehler kann beseitigt werden, indem die Lücken und Löcher durch eine Änderung der zu integrierenden Fläche geschlossen werden (Tabelle 3.137, rechts). Die grün dargestellten Randkurven liegen nun vollständig auf der Oberfläche des Volumenkörpers. Nicht immer ist eine Lücke oder ein Loch mit bloßem Auge zu erkennen. Wird die Funktion „Begrenzung“ des Arbeitsbereiches „Generative Shape Design“ auf die zu integrierende Fläche angewendet und die Linienstärke des Ergebnisses über die graphischen Eigenschaften vergrößert, kann eine Lücke auch mit bloßem Auge identifiziert werden 3.8.4.4

„Impasse encountered“

Wird eine Operation „Fläche integrieren“ erstellt oder geändert, bei der die Option „Körper schneiden“ aktiviert ist, kann folgende Fehlermeldung ausgegeben werden: Deutsch Englisch

„Impasse encountered“ „Impasse encountered“ Die Ursache des Fehlers ist, dass entweder die verwendete Trennfläche Lücken in dem Bereich aufweist, der zur Trennung verwendet wird, oder die Trennfläche zu kurz ist und den Volumenkörper nicht vollständig in zwei Bereiche teilt. Ist die Option „Körper schneiden“ aktiviert, führt CATIA intern eine Trennung analog der Operation „Trennen“ durch. Deshalb sei bezüglich der Lösungsmöglichkeiten auf die Abschnitte 3.8.4.1 und 3.8.4.2 verwiesen.

3.8.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 3.12: Parameter einer Operation „Trennen“ und „Fläche integrieren“

150

Aufgabenblatt a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: 3.12 Über welche Parameter verfügen die Operationen „Trennen“ und „Fläche integrieren“? Welche geometrischen Lösungsblatt Voraussetzungen müssen die Parameter erfüllen? 3.12 b) Bitte beschreiben Sie mit eigenen Worten: Kann eine Operation „Trennen“ oder „Fläche integrieren“ Dauer durchgeführt werden? Was ist der 30 min Grund?

3.9 Gewinde erzeugen 3.9

Gewinde erzeugen

Ein Gewinde (Thread) ist eine Flächenoperation (Abschnitt 2.3), die einen Volumenkörper nicht geometrisch verändert, sondern mit einer Gewindeinformation versieht. Die Gewindeinformation wird bei einer Zeichnungserstellung verwendet, um die Geometrie korrekt zu projizieren und darzustellen. Soll ein Gewinde in einer Bohrung angebracht werden, empfiehlt es sich, dieses direkt in den Parametern derselben zu definieren (Abschnitt 3.4.3.10). Die Flächenoperation „Gewinde“ wird hauptsächlich für Außengewinde verwendet oder Gewinde, die explizit als Drehbearbeitung ausgewiesen werden sollen.

3.9.1

Parameter

Die Parameter einer Gewindeoperation sind dessen Elterngeometrie, Orientierung und Gewindeinformation. Die Elterngeometrie sind zwei Teilflächen eines Volumenkörpers, welche die Seiten- und Begrenzungsfläche des Gewindes festlegen. Die Begrenzungsfläche bestimmt, von wo aus die Parameter der Gewindeinformation gemessen werden. Das Gewinde selbst liegt auf der Seitenfläche. Bei der Erzeugung des Gewindes werden die Teilflächen, die als Elterngeometrie deklariert sind, orangefarben umrandet dargestellt (Bild 3.37). Die Orientierung legt fest, auf welcher Seite der Begrenzungsfläche das Gewinde liegt. Die Orientierung wird bei der Gewindeerzeugung durch einen kleinen orangefarbenen Pfeil dargestellt. Die Gewindeinformation bestimmt den Durchmesser, die Tiefe und die Steigung des Gewindes. Durchmesser und Tiefe werden während der Gewindeerzeugung durch grüne Zahlen an der 3D-Geometrie angezeigt. Bild 3.37: Parameter bei der Erzeugung eines Gewindes

3.9.2

Interne Arbeitsweise von CATIA

Durch eine Gewindeoperation wird die Geometrie eines CATParts nicht verändert. Es wird lediglich eine Gewindeinformation einem Volumenkörper angeheftet. Im Konstruktionsbaum wird eine Gewindeoperation durch einen eigenen Knoten ange-

151

3 CATIA-Basiswissen zeigt. An der 3D-Geometrie ist das Gewinde nicht sichtbar (Tabelle 3.138, links). Bei einer Zeichnungsableitung kann die Gewindeinformation berücksichtigt und dargestellt werden, wenn die Ableitungsoption „Aufbereiten /Gewinde“ der jeweiligen Ansicht aktiviert ist (Tabelle 3.138, rechts). Tabelle 3.138: Darstellung einer Gewindeinformation

3D

3.9.3

Zeichnung

CATIA-Befehle

Der Dialog, um ein Gewinde zu erzeugen, wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Gewinde (Innen/ Außen)“ der Symbolleiste „Aufbereitungskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich das Fenster „Innen- /Außengewinde – Definition“, über das die Parameter der Operation deklariert werden können (Bild 3.38). Bild 3.38: Parameter einer Operation „Gewinde“

Die Elterngeometrie wird in den Feldern „Seitliche Teilfläche“ und „Begrenzungsteilfläche“ festgelegt. Als Seitenfläche muss eine zylindrische Fläche angegeben

152

3.9 Gewinde erzeugen werden. Die Begrenzungsfläche kann eine unmittelbare Nachbarfläche der Seitenfläche sein, aber auch eine andere geeignete Teilfläche des Volumenkörpers ist gültig. Die Orientierung ist standardmäßig gleich der Begrenzungsfläche ausgerichtet. Ein Selektion der Schaltfläche „Richtung umkehren“ invertiert die Orientierung. Die Gewindeinformation wird im Bereich „Numerische Definition“ definiert. Die Gewindetiefe wird dabei ausgehend von der Begrenzungsfläche gemessen. Alle anderen Parameter wie auch selbst definierte Gewindetabellen werden analog der Gewindedefinition einer Bohrung festgelegt (vgl. Abschnitt 3.4.3.10). Die Gewindedefinitionen eines CATParts, die innerhalb einer Bohrung oder durch eine Operation „Gewinde“ vorgenommen sind, können über eine Gewindeanalyse im 3D angezeigt werden. Hierzu wird die Schaltfläche „Analyse der Innen- und Außengewinde“ der Symbolleiste „Analyse“ selektiert und das Fenster „Gewindeanalyse“ geöffnet (Tabelle 3.139, links). Im Bereich „Geometrische Darstellung“ kann eingestellt werden, welche Informationen die Analyse im 3D darstellen soll. Ist die Option „Symbolische Geometrie anzeigen“ aktiviert, werden Gewinde durch orangefarbene Kurven angedeutet. Über die Option „Numerischen Wert anzeigen“ können zusätzlich die Gewindeparameter mit einem gelben Text dargestellt werden (Tabelle 3.139, rechts). Eine Selektion der Schaltfläche „Anwenden“ führt die Gewindeanalyse aus und zeigt alle gefundenen Gewindeinformationen im 3D an. Die Anzahl der Innen- und Außengewinde wird zusätzlich im Bereich „Numerische Analyse“ des Fensters „Gewindeanalyse“ ausgegeben. Die Schaltfläche „Schließen“ beendet die Gewindeanalyse und auch die Anzeige der Gewindeinformationen im 3D. Dialogfenster

Ergebnis

Tabelle 3.139: Analyse der Innen- und Außengewinde

153

3 CATIA-Basiswissen 3.9.4

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Bei der Erzeugung oder Änderung eines Gewindes können vom System Fehler gemeldet werden, wenn die Elterngeometrie keine Erzeugung des Gewindes erlaubt oder die Parameter des Gewindes nicht konsistent sind. In den folgenden Abschnitten sind wesentliche Fehlermeldungen mit einer Ursachenbeschreibung und Lösungsvorschlägen aufgeführt, die bei der Anwendung einer Gewindeoperation auftreten können. 3.9.4.1 „Gewindetiefe muss geringer sein (Depth must be lower)“ Sind Elterngeometrie, Gewindetiefe und Orientierung nicht geometrisch konsistent, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Gewindetiefe (innen / außen) muss geringer als das verfügbare Tiefenstützelement sein.“ „Thread/Tap depth must be lower than available depth support.“ Eine Fehlerursache ist, dass die Orientierung des Gewindes auf die falsche Seite des Begrenzungselementes zeigt. Das Gewinde kommt dadurch nicht auf der Seitenfläche des Gewindes zum Liegen (Tabelle 3.140, links). Eine zweite Fehlerursache kann eine zu große Gewindetiefe sein. Ist eine Gewindetiefe größer als die Länge einer Seitenfläche, kann ein Gewinde nicht berechnet werden (Tabelle 3.140, Mitte). Der Fehler wird behoben, indem entweder die Orientierung umgekehrt oder die Tiefe des Gewindes verkleinert wird (Tabelle 3.140, rechts).

Tabelle 3.140: Beispiel eines Fehlers „Gewindetiefe muss geringer sein“

Fehlerursache 1

Fehlerursache 2

Lösung

Die Orientierung zeigt auf die Die Gewindetiefe ist größer als Die Orientierung wird inverfalsche Seite des Begrenzungs- die Länge der Seitenfläche des tiert oder die Gewindetiefe elementes. Gewindes. verringert.

154

3.9 Gewinde erzeugen 3.9.4.2

„Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“

Wird die Skizze oder eine Teilfläche eines Volumenkörpers geändert, auf dem eine Gewindeoperation angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“

Deutsch Englisch

Eine Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenkörpers eine Teilfläche entgefallen ist, die als Elterngeometrie der Gewindeoperation deklariert wurde. In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der Skizze des Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1.1). Die fehlende Fläche wird gelb dargestellt, wenn das Gewinde editiert wird (Tabelle 3.141, links). Die einzige Lösung ist, die entfallene Elterngeometrie neu zu deklarieren (Tabelle 3.141, rechts). Fehlerursache

Durch eine Änderung des Volumenkörpers ist die Seitenfläche entfallen.

3.9.4.3

Lösung

Tabelle 3.141: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche nicht mehr erkannt“

Die Gewindedefinition wird editiert und die Seitenfläche neu deklariert.

„Stützelement muss zylindrisch sein (Support must be cylindrical)“

Wird ein Volumenkörper geändert, auf dem eine Gewindeoperation angebracht ist, oder ein Gewinde neu erstellt, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Das Stützelement für das Innen- bzw. Außengewinde muss zylindrisch sein.“ „The thread/Tap support must be cylindrical.“

Deutsch Englisch

Eine Ursache ist, dass die Fläche, die als Seitenfläche deklariert wurde, nicht oder nicht mehr zylindrisch ist (Tabelle 3.142, links). In diesem Fall ist die einzige Lösung, den Volumenkörper geometrisch anzupassen, so dass eine zylindrische Seitenfläche entsteht (Tabelle 3.142, rechts). Eine zweite Ursache kann sein, dass durch die Änderung des Volumenkörper die Seitenfläche entfallen ist. Obwohl die neue Seitenfläche zylindrisch ist, kann CATIA irrtümlich eine mangelnde Rundheit anmahnen. In diesem Fall kann analog der

155

3 CATIA-Basiswissen Fehlermeldung „Teilfläche nicht mehr erkannt“ verfahren werden (Abschnitt 3.9.4.2). Tabelle 3.142: Beispiel eines Fehlers „Stützelement muss zylindrisch sein“

Fehlerursache

Lösung

Die Seitenfläche, die als Elterngeometrie dekla- Der Volumenkörper wird so geändert, dass eine riert ist, ist nicht zylindrisch. zylindrische Seitenfläche vorliegt.

3.9.4.4

„Gewinde- muss Stützelementdurchmesser entsprechen (Thread diameter must be equal to support)“

Wird ein Volumenkörper geändert, auf dem eine Gewindeoperation angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch Tabelle 3.143: Beispiel eines Fehlers „Gewinde muss Stützelement entsprechen“

156

„Nominaler Gewindedurchmesser muss dem Stützelementdurchmesser entsprechen.“ „Thread nominal diameter must be equal to support diameter.“ Fehlerursache

Lösung

Der Durchmesser der Elterngeometrie und der Gewindedurchmesser sind nicht gleich groß.

Der nominale Gewindedurchmesser wird korrigiert.

3.10 Schalenelement erzeugen Die Ursache ist, dass der nominale Gewindedurchmesser nicht mit dem Durchmesser der Elterngeometrie übereinstimmt. Im Beispiel der linken Spalte von Tabelle 3.143 lautet der nominale Gewindedurchmesser „M24“, der Durchmesser der Elterngeometrie ist 30 mm. Der Fehler kann behoben werden, indem der nominale Gewindedurchmesser manuell auf den richtigen Wert gesetzt wird (Tabelle 3.143, rechts).

3.9.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 3.13

Lösungsblatt 3.13

Dauer 30 min

a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: Über welche Parameter verfügt eine Gewindeoperation? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden gespeichert? b) Bitte öffnen Sie ein leeres CATPart und erstellen Sie den abgebildeten zusammengesetzten Volumenkörper. Falls ein Gewinde nicht als metrisches Gewinde definiert werden kann, ist ein Rechtsgewinde mit einer Steigung vom 1 mm zu verwenden.

Übung 3.13: Gewinde erzeugen

3.10 Schalenelement erzeugen Ein Schalenelement (Shell) ist eine Flächenoperation (Abschnitt 2.3), die einen massiven einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper aushöhlt. Für jede Teilfläche des Volumenkörpers kann festgelegt werden, ob eine Wand bestehen bleiben oder eine Öffnung entstehen soll. Die folgenden Abschnitte beschreiben, wie ein Schalenelement erzeugt wird.

3.10.1

Parameter

Die Parameter eines Schalenelementes sind dessen Elterngeometrie, Wandstärkeninformation und Zusatzaufmaßflächen. Die Elterngeometrie definiert die Teilflächen des auszuhöhlenden Volumenkörpers, an denen eine Öffnung im Schalenelement besteht. Die Elterngeometrie wird während der Definition eines Schalenelementes hellrosa dargestellt (Tabelle 3.144, links).

157

3 CATIA-Basiswissen Die Wandstärkeninformation legt pauschal die Wandstärke des Schalenelementes fest. Sie besteht aus zwei Aufmaßen. Beide werden von den ursprünglichen Teilflächen des auszuhöhlenden Volumenkörpers gemessen und definieren das Aufmaß nach innen und nach außen. Die Summe beider Aufmaße ergibt die Wandstärke. Ist eine Elterngeometrie definiert worden, wird die Wandstärkeninformation an einer rosa Fläche der Elterngeometrie angezeigt. In Tabelle 3.144 ist die Wandstärkeninformation orangefarben hervorgehoben. Eine Zusatzaufmaßfläche ist eine Teilfläche des auszuhöhlenden Volumenkörpers, an der eine andere Wandstärke verwendet wird, als in der Wandstärkeninformation des Schalenelementes definiert ist. Eine Zusatzaufmaßfläche wird während der Definition eines Schalenelementes in altrosa Farbe dargestellt und verfügt über eine eigene Wandstärkeninformation. In Tabelle 3.144 ist die vordere rechte Teilfläche als Zusatzaufmaßfläche mit einer Wandstärke von 5 mm deklariert. Tabelle 3.144: Parameter eines Schalenelementes

Definition

3.10.2

Ergebnis

Interne Arbeitsweise von CATIA

CATIA speichert intern ein Schalenelement als ein Objekt „Shell“, das der Klasse „Dress Up Shape“ (Abschnitt 2.3) angehört. Ein Objekt “Shell“ verfügt über zwei Parameter und zwei Listen, welche die Wandstärkeninformation, die Elterngeometrie und die Zusatzaufmaßflächen speichern. Tabelle 3.145 zeigt am Beispiel eines Schalenelementes, an dem zwei Teilflächen als Elterngeometrie definiert sind, die interne Speicherung. Das innere und äußere Aufmaß der Wandstärkeninformation wird in den zwei Parametern „Internal Thickness“ und „External Thickness“ abgelegt. In der Liste „Faces to Remove“ wird die Elterngeometrie gespeichert. Da es keine Zusatzaufmaßflächen gibt, ist die zweite Liste „Faces with Different Thickness“ leer. Bei der internen Berechnung eines Schalenelementes werden von jeder Teilfläche eines Volumenkörpers, an dem eine Wand bestehen bleiben soll, ein bis zwei Parallelflächen berechnet, die ein Aufmaß gemäß der Wandstärkeninformation zur Ausgangsgeometrie besitzen. Um eine Parallelfläche berechnen zu können, darf ihre Ausgangsfläche keine konkaven Krümmungsradien aufweisen, die kleiner sind als

158

3.10 Schalenelement erzeugen ein Aufmaß in der jeweiligen Richtung. Wäre dies der Fall, würde eine Parallelfläche Knicke aufweisen (vgl. Abschnitt 3.4.4.6). Der Rechenalgorithmus ist allerdings in der Lage Teilflächen auszublenden, deren Parallelfläche nicht berechnet werden kann, wenn diese im Schalenelement nicht benötigt werden. Anwendersicht

Objekt „Shell“ Eigenschaft

Inhalt

Internal Thickness

5 mm

External Thickness

0 mm

Faces to Remove

Block.1, Seitenfläche.1

Tabelle 3.145: Interne Speicherung eines Schalenelementes

Block.1, Deckfläche keine Faces with Different Thickness

Im Beispiel von Tabelle 3.146 weist der Ausgangskörper Verrundungen mit einem Radius von 5 mm auf, das Schalenelement ein inneres Aufmaß von 15 mm. Zu den konkaven Verrundungsflächen, von innen gesehen, kann keine Parallelfläche berechnet werden; ihre Parallelflächen sind allerdings im Ergebnis auch nicht notwendig. Sie werden bei der Berechnung der inneren Flächen des Schalenelementes daher auch nicht berücksichtigt. Ausgangskörper

Schalenelement

Tabelle 3.146: Beispiel des Ausblendens nicht berechenbarer Teilflächen

159

3 CATIA-Basiswissen Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann ein Schalenelement einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist ein Geometrieobjekt der Eigenschaften „Faces to Remove“ oder „Faces with Different Thickness“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann das Schalenelement nicht berechnet werden. Sind die Werte der Eigenschaften „Internal Thickness“ und „External Thickness“ mit der Ausgangsgeometrie inkompatibel, ist auch die Schalendefinition defekt. Beispiele gibt Abschnitt 3.10.4.

3.10.3

CATIA-Befehl

Der Dialog zum Erzeugen eines Schalenelementes wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Schalenelement“ der Symbolleiste „Aufbereitungskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich ein Parameterfenster, über das die Parameter des Schalenelementes definiert werden können (Bild 3.39). Bild 3.39: Fenster mit den Parametern eines Schalenelementes

Die Elterngeometrie wird im Listenfeld „Zu entfernende Teilflächen“ deklariert. Es können eine oder mehrere Teilflächen angegeben werden. Bei der Berechnung der Öffnungen eines Schalenelementes werden automatisch auch diejenigen Teilflächen entfernt, die an eine Elterngeometrie tangentenstetig angrenzen. Um die interne Speicherliste der Elterngeometrie (Abschnitt 3.10.2) möglichst klein zu halten, sollte von diesem Automatismus Gebrauch gemacht werden. Tabelle 3.147 zeigt zwei unterschiedlich definierte Schalenelemente, deren Ergebnis geometrisch identisch ist. In der linken Spalte ist eine günstige Definition gewählt worden, da eine Teilfläche als Elterngeometrie ausreichend ist. Im Beispiel der rechten Spalte sind zwei Teilflächen zuviel deklariert worden, was zu einer Überbestimmung und damit einer mathematischen Instabilität bei einer Änderung führt. Die Wandstärkeninformation des Schalenelementes wird in den Feldern „Standardstärke innen“ und „Standardstärke außen“ definiert. Die „Standardstärke innen“ ist in den Volumenkörper hinein orientiert. Die Wandstärkeninformation gilt für alle Wände, an denen kein Zusatzaufmaß definiert ist. Zusatzaufmaßflächen werden im Listenfeld „Teilflächen mit anderen Aufmaßen“ festgelegt. Wird eine Zusatzaufmaßfläche deklariert, wird im 3D an der Teilfläche deren Wandstärkeninformation angezeigt. Durch ein Doppelklicken können deren Parameter editiert werden.

160

3.10 Schalenelement erzeugen Ausreichende Definition

3.10.4

Überbestimmte Definition

Tabelle 3.147: Geometrisch identische Schalenelemente bei unterschiedlicher Parameteranzahl

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Wird ein Schalenelement erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, der durch ein Schalenelement ausgehöhlt ist, können unvollständige oder ungeeignete Parameter zu einer Fehlermeldung führen. In den folgenden Abschnitten sind häufige Fehlermeldungen und deren Ursachen sowie Lösungsmöglichkeiten aufgeführt. 3.10.4.1 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ Wird die Skizze oder eine Teilfläche eines Volumenkörpers geändert, auf dem ein Schalenelement angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“ Fehlerursache

Durch eine Änderung des Volumenkörpers ist eine Teilfläche der Elterngeometrie entfallen.

Lösung

Deutsch Englisch Tabelle 3.148: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche nicht mehr erkannt“

Das Schalenelement wird editiert und die Teilfläche neu deklariert.

161

3 CATIA-Basiswissen Die Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenkörpers eine Teilfläche weggefallen ist, die als Elterngeometrie oder Zusatzaufmaßfläche des Schalenelementes definiert wurde. In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der Skizze des Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1.1). Die Teilflächen, die nicht mehr erkannt werden, werden beim Editieren gelb dargestellt (Tabelle 3.148, links). Wird das Schalenelement editiert und die Teilfläche neu deklariert, ist der Fehler behoben und das Schalenelement kann berechnet werden (Tabelle 3.148, rechts). 3.10.4.2 „Alle Teilflächen als zu entfernend ausgewählt (All faces selected as faces to remove)“ Wird ein Schalenelement erzeugt oder dessen Volumenkörper geändert, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Schalenelementoperator: alle Teilflächen des Körpers wurden als zu entfernend ausgewählt.“ „Shell operator: all the body's faces have been selected as faces to remove.“ Die Ursache ist, dass alle Teilflächen des Volumenkörpers als Elterngeometrie definiert sind. Dadurch kann kein Schalenelement berechnet werden, da der gesamte Körper entfiele. Häufig wird der Fehler durch die automatische tangentenstetige Forstsetzung (Abschnitt 3.10.3) einer Teilfläche der Elterngeometrie bedingt (Tabelle 3.149, links). Werden die störenden Verrundungen entfernt oder eine Restrukturierung des Konstruktionsbaumes durchgeführt, kann der Fehler behoben werden (Tabelle 3.149, rechts).

Tabelle 3.149: Beispiel eines Fehlers „Alle Teilflächen ausgewählt“

Fehlerursache

Lösung

Die deklarierte Teilfläche wird tangentenstetig Die Kantenverrundung, welche die deklarierte fortgesetzt und dadurch alle Teilflächen als El- Teilfläche einsäumt, wird entfernt. terngeometrie definiert.

162

3.10 Schalenelement erzeugen 3.10.4.3 „Offset-Wert führt zu Degenerierung (Offset value leads to degeneration)“ Wird ein Schalenelement erzeugt oder dessen Volumenkörper geändert, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Aktueller Offset-Wert führt zu einer Degenerierung einer Fläche: Körper kann nicht erstellt werden.“ „The current offset value leads to a local degeneration on a surface: body cannot be build.“

Deutsch Englisch

Die Ursache liegt darin, dass der Krümmungsradius in konkaven Bereichen einer Teilfläche, an denen keine Öffnung des Schalenelementes besteht, größer ist als das Aufmaß. Die Parallelfläche kann dann nicht berechnet werden (Tabelle 3.150, links). Darf die Teilfläche geometrisch verändert werden, empfiehlt es sich, die Ursache des Problems zu beseitigen und Stellen mit extremer Krümmung zu beseitigen (Tabelle 3.150, rechts). Darf die Fläche nicht verändert werden, kann analog Abschnitt 3.4.4.6 verfahren werden. Eventuell ist es möglich, das automatische Ausblenden einer Teilfläche zu nutzen (Abschnitt 3.10.2). Fehlerursache

Lösung

Die rote Teilfläche weist, von innen gesehen, im vorderen Bereich sehr kleine konkave Krümmungsradien auf. Bei der Bildung der Innenwand würde hier ein Knick entstehen.

Wenn die Teilfläche geometrisch verändert werden darf, werden die Krümmungsradien durch eine Modifikation der Teilfläche vergrößert. Die Innenwand weist dann keinen Knick auf.

Tabelle 3.150: Beispiel eines Fehlers „Offset-Wert führt zu Degenerierung“

3.10.4.4 „Ergebnis kann nicht zusammengefügt werden (Result cannot be assembled)“ Wird ein Schalenelement erzeugt oder dessen Volumenkörper geändert, kann folgender Fehler gemeldet werden:

163

3 CATIA-Basiswissen Deutsch Englisch

„Das Ergebnis kann aufgrund einer momentanen oder permanenten Einschränkung nicht zusammengefügt werden.“ „The result cannot be assembled because of a current or permanent restriction.“ Eine Ursache ist, dass bei der Berechnung des Schalenelementes kein Innenraum gefunden werden kann. Ein häufiger Auslöser ist ein zu großes inneres Aufmaß in der Wandstärkeninformation (Tabelle 3.151, links). Wird das Aufmaß verringert, kann das Schalenelement gebildet werden (Tabelle 3.151, rechts). Eine weiter Grund kann sein, dass eine Teilfläche des Schalenelementes nicht berechnet oder Teilflächen nicht beschnitten werden können.

Tabelle 3.151: Beispiel eines Fehlers „Ergebnis kann nicht zusammengefügt werden“

Fehlerursache

Lösung

Das innere Aufmaß des Schalenelementes ist zu Die Wandstärkeninformation wird editiert und groß. Es würde kein Innenraum bestehen blei- das innere Aufmaß verringert. ben.

3.10.4.5 „Ergebnis kann nicht berechnet werden (Result cannot be assembled)“ Wird ein Schalenelement erzeugt oder dessen Volumenkörper geändert, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Schalenelement- oder Aufmaßoperator: Das Ergebnis kann nicht berechnet werden. Die Offset-Werte verringern.“ „Shell or Thickness operator: the result cannot be assembled.“ Die Fehlerursache sind zu große Aufmaße in der Wandstärkeninformation des Schalenelementes. Die Parallelflächen, durch welche die Innen- und Außenhaut des Schalenelementes gebildet wird, können entweder nicht berechnet oder nicht beschnitten werden. Der Fehler kann analog der Lösung aus Abschnitt 3.10.4.4 behoben werden.

164

3.11 Aufmaß erzeugen 3.10.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: Über 3.14 welche Parameter verfügt ein Schalenelement? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden Lösungsblatt gespeichert? 3.14 b) Bitte öffnen Sie ein leeres CATPart

Dauer 30 min

und erstellen Sie den abgebildeten zusammengesetzten Volumenkörper. Übung 3.14: Schalenelement erzeugen

3.11 Aufmaß erzeugen Ein Aufmaß (Thickness) ist eine Flächenoperation (Abschnitt 2.3), die an einer oder mehreren Teilflächen eines einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörpers Material auf- oder abträgt. Die folgenden Abschnitte stellen dar, wie ein Aufmaß erzeugt wird.

3.11.1

Parameter

Die Parameter eines Aufmaßes sind dessen Elterngeometrie, pauschaler Aufmaßwert und ZusatzAufmaßflächen. Die Elterngeometrie definiert die Teilflächen des Volumenkörpers, an denen ein Aufmaß besteht. Die Elterngeometrie wird während der Definition eines Aufmaßes altrosa dargestellt (Tabelle 3.152, links). Der pauschale Aufmaßwert legt das Aufmaß einer Aufmaßoperation für alle Flächen der Elterngeometrie fest. Ein pauschaler Aufmaßwert kann positiv oder negativ sein. Ist der Wert positiv, wird Material auf den Teilflächen der Elterngeometrie aufgetragen, ist er negativ, erfolgt eine Abtragung von Material. Ist eine Elterngeometrie definiert worden, wird der pauschale Aufmaßwert an einer altrosa Fläche der Elterngeometrie angezeigt. In Tabelle 3.152 ist der pauschale Aufmaßwert orangefarben hervorgehoben und beträgt -8 mm. Eine ZusatzAufmaßfläche ist eine Teilfläche des Volumenkörpers, an der ein anderes Aufmaß verwendet wird, als im Aufmaßwert des Aufmaßes festgelegt ist. Eine ZusatzAufmaßfläche wird während der Definition eines Aufmaßes türkisfarben dar-

165

3 CATIA-Basiswissen gestellt und verfügt über einen eigenen Aufma?wert. Im Beispiel von Tabelle 3.152 ist die Deckfläche des Blockes als ZusatzAufmaßfläche deklariert, ihr Aufmaßwert beträgt 10 mm. Tabelle 3.152: Parameter eines Aufmaßes

Definition

3.11.2

Ergebnis

Interne Arbeitsweise von CATIA

Intern speichert CATIA ein Aufmaß als ein Objekt „Thickness“, das der Klasse „Dress Up Shape“ angehört (Abschnitt 2.3). Ein Objekt „Thickness“ verfügt über einen Parameter und zwei Listen, welche den pauschalen Aufmaßwert, die Elterngeometrie und die Zusatzaufmaßflächen speichern. Tabelle 3.153: Interne Speicherung eines Aufmaßes

Anwendersicht

Objekt „Thickness“ Eigenschaft

Inhalt

Offset

-8 mm

Faces to Thicken

Block.1, Seitenfläche.1 Block.1, Seitenfläche 3

Faces with Different Thickness

Block.1, Deckfläche 10 mm

Tabelle 3.153 zeigt am Beispiel eines Aufmaßes, in dem zwei Teilflächen als Elterngeometrie und eine als Zusatzaufmaßfläche definiert sind, die interne Speicherung. Der pauschale Aufmaßwert ist in einem Parameter „Offset“ gespeichert, die Teilflä-

166

3.11 Aufmaß erzeugen chen der Elterngeometrie in einer Parameterliste „Faces to Thicken“. Eine Zusatzaufmaßfläche und deren Aufmaßwert ist in einer Parameterliste „Faces with Different Thickness“ abgelegt. Mathematisch wird von jeder Teilfläche der Elterngeometrie oder Zusatzaufmaßflächen eine Parallelfläche berechnet, die ein Aufmaß gemäß des Aufmaßwertes zur Ausgangsgeometrie besitzt. Die Parallelflächen und ursprünglichen Teilflächen des Volumenkörpers werden gegeneinander beschnitten, um die neuen Teilflächen des Ergebnisses zu ermitteln. Um eine Parallelfläche berechnen zu können, darf eine Ursprungsfläche keine konkaven Krümmungsradien aufweisen, die kleiner sind als ein Aufmaßwert in der jeweiligen Richtung. Wäre dies der Fall, würde eine Parallelfläche Knicke aufweisen (vgl. Abschnitt 3.11.4.3). Der Rechenalgorithmus ist allerdings in der Lage Teilflächen auszublenden, deren Parallelfläche nicht berechnet werden kann, wenn diese im Ergebnis nicht benötigt werden. Im Beispiel von Tabelle 3.154 weist der Ausgangskörper Verrundungen mit einem Radius von 5 mm auf, der Aufmaßwert beträgt -15 mm. Zu den konkaven Verrundungsflächen, von innen gesehen, kann keine Parallelfläche berechnet werden. Ihre Parallelflächen sind allerdings im Ergebnis auch nicht notwendig und werden bei der Berechnung des Ergebnisses daher auch nicht berücksichtigt. Ausgangskörper

Volumenkörper mit Aufmaß

Tabelle 3.154: Beispiel des Ausblendens nicht berechenbarer Teilflächen

Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann ein Aufmaß einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist ein Geometrieobjekt der Eigenschaften „Faces to Thicken“ oder „Faces with Different Thickness“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann das Aufmaß nicht berechnet werden. Ist der Wert der Eigenschaft „Offset“ mit der Ausgangsgeometrie inkompatibel, ist auch die Aufmaßdefinition defekt. Beispiele gibt Abschnitt 3.11.4.

3.11.3

CATIA-Befehl

Der Dialog zum Erzeugen eines Aufmaßes wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Aufmaß“ der Symbolleiste „Aufbereitungskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich ein Parameterfenster, über das die Parameter des Aufmaßes definiert werden können (Bild 3.40).

167

3 CATIA-Basiswissen Bild 3.40: Parameterfenster der Flächenoperation „Aufmaß“

Die Elterngeometrie wird im Listenfeld „Teilflächen mit Standardaufmaß“ deklariert. Es können eine oder mehrere Teilflächen angegeben werden. Als Besonderheit ist zu bemerken, dass bei der Berechnung des Aufmaßes auch die Teilflächen mit einem Aufmaß versehen werden, die an eine Elterngeometrie tangentenstetig angrenzen. Um die interne Speicherliste der Elterngeometrie (Abschnitt 3.11.2) möglichst klein zu halten, sollte von diesem Automatismus Gebrauch gemacht werden. Tabelle 3.155 zeigt zwei unterschiedlich definierte Aufmaße, deren Ergebnis geometrisch identisch ist. In der linken Spalte ist eine günstige Definition gewählt worden, da eine Teilfläche als Elterngeometrie ausreichend ist. Im Beispiel der rechten Spalte sind 2 Teilflächen zuviel deklariert worden, was zu einer Überbestimmung und mathematischen Instabilität bei einer Änderung führt. Tabelle 3.155: Geometrisch identische Aufmaße bei unterschiedlicher Parameteranzahl

Ausreichende Definition

Überbestimmte Definition

Der pauschale Aufmaßwert wird in dem Feld „Standardaufmaß“ definiert. Ein negativer Wert ist in den Volumenkörper hinein orientiert. Der pauschale Aufmaßwert gilt für alle Teilflächen der Elterngeometrie, an denen kein Zusatzaufmaß definiert ist. Zusatzaufmaßflächen werden im Listenfeld „Teilflächen mit anderen Aufmaßen“ festgelegt. Wird eine Zusatzaufmaßfläche deklariert, wird im 3D an der Teilfläche deren Aufmaßwert angezeigt. Durch ein Doppelklicken kann dessen Parameter editiert werden.

168

3.11 Aufmaß erzeugen 3.11.4

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Wird ein Aufmaß erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, der mit einem Aufmaß versehen ist, können unvollständige oder ungeeignete Parameter zu einer Fehlermeldung führen. In den folgenden Abschnitten sind häufige Fehlermeldungen und deren Ursachen sowie Lösungsmöglichkeiten aufgeführt. 3.11.4.1 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ Wird die Skizze oder eine Teilfläche eines Volumenkörpers geändert, auf dem ein Aufmaß angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“

Deutsch Englisch

Die Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenkörpers eine Teilfläche weggefallen ist, die als Elterngeometrie oder Zusatzaufmaßfläche definiert wurde. In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der Skizze des Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1.1). Die Teilflächen, die nicht mehr erkannt werden, werden beim Editieren gelb dargestellt (Tabelle 3.156, links). Wird das Aufmaß editiert und die Teilfläche neu deklariert, ist der Fehler behoben und das Aufmaß kann berechnet werden (Tabelle 3.156, rechts). Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.156: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche nicht mehr erkannt“

Durch eine Änderung des Volumenkörpers ist ei- Das Aufmaß wird editiert und die Teilfläche ne Teilfläche der Elterngeometrie entfallen. neu deklariert.

3.11.4.2 „Ergebnis kann nicht berechnet werden (Result cannot be assembled)“ Wird der Volumenkörper geändert, auf dem ein Aufmaß angebracht ist, oder deren Parameter, kann folgender Fehler gemeldet werden:

169

3 CATIA-Basiswissen Deutsch Englisch

„Schalenelement- oder Aufmaßoperator: Das Ergebnis kann nicht berechnet werden. Die Offset-Werte verringern.“ „Shell or Thickness operator: the result cannot be assembled.“ Die Fehlerursache ist, dass der Volumenkörper durch die Aufmaßoperation entfallen würde. Tabelle 3.157 zeigt dies am Beispiel eines Blockes mit einer Breite von 30 mm an dem ein Aufmaß mit einem Aufmaßwert von –40 mm angebracht ist. Eine Lösung ist, den Aufmaßwert zu verringern.

Tabelle 3.157: Beispiel eines Fehlers „Ergebnis kann nicht berechnet werden“

Fehlerursache

Der Aufmaßwert ist größer als die Breite des Blockes. Er würde durch die Operation entfallen.

Lösung

Der Aufmaßwert wird verkleinert.

3.11.4.3 „Offset-Wert führt zu Degenerierung (Offset value leads to degeneration)“ Wird ein Aufmaß erzeugt oder dessen Volumenkörper geändert, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Aktueller Offset-Wert führt zu einer Degenerierung einer Fläche: Körper kann nicht erstellt werden.“ „The current offset value leads to a local degeneration on a surface: body cannot be build.“ Die Ursache liegt darin, dass der Krümmungsradius in konkaven Bereichen einer Teilfläche kleiner ist als der Aufmaßwert. Die Parallelfläche kann dann nicht berechnet werden (Tabelle 3.158, links). Darf die Teilfläche geometrisch verändert werden, empfiehlt es sich, die Ursache des Problems zu beseitigen und Stellen mit extremer Krümmung zu beseitigen (Tabelle 3.158, rechts). Darf die Fläche nicht verändert werden, kann analog Abschnitt 3.4.4.6 verfahren werden. Eventuell ist es möglich, das automatische Ausblenden einer Teilfläche zu nutzen (Abschnitt 3.11.2).

170

3.11 Aufmaß erzeugen Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.158: Beispiel eines Fehlers „Offset-Wert führt zu Degenerierung“

Die rote Teilfläche weist, von innen gesehen, im Die Teilfläche wird geometrisch verändert und vorderen Bereich sehr kleine konkave Krümdie Krümmungsradien vergrößert. Die Parallelmungsradien auf. Bei der Bildung der fläche weist dann keinen Knick auf. Parallelfläche würde hier ein Knick entstehen.

3.11.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 3.15

Lösungsblatt 3.15

a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: Über welche Parameter verfügt ein Aufmaß? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden gespeichert?

Dauer 30 min

b) Bitte öffnen Sie ein leeres CATPart und erstellen Sie den abgebildeten zusammengesetzten Volumenkörper. Übung 3.15: Aufmaß erzeugen

171

3 CATIA-Basiswissen 3.12 Teilfläche ersetzen und entfernen Die Operationen „Teilfläche ersetzen“ (Replace Face) und „Teilfläche entfernen“ (Remove Face) sind Flächenoperationen (Abschnitt 2.3), die an einem einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper eine oder mehrere Teilflächen verändern. Die Operation „Teilfläche ersetzen“ ersetzt eine Teilfläche eines Volumenkörpers durch eine zweite Fläche, die explizit über die Flächenfunktionalität von CATIA zu definieren ist. An die ersetzte Teilfläche angrenzende Teilflächen werden entsprechend verlängert oder verkürzt. Die Operation „Teilfläche entfernen“ entfernt eine oder mehrere Teilflächen aus der Hüllgeometrie eines Volumenkörpers. Die Anzahl der Teilflächen der Hüllgeometrie wird dadurch verringert, indem Vertiefungen geschlossen oder Aufsätze nivelliert werden. Die folgenden Abschnitte beschreiben, wie eine Operation „Teilfläche ersetzen“ oder „Teilfläche entfernen“ erzeugt wird.

3.12.1

Parameter

Die Parameter einer Operation „Teilfläche ersetzen“ und „Teilfläche entfernen“ sind ein zu entfernendes Element, eine Begrenzungsinformation und eine Orientierung. Das zu entfernende Element definiert die Teilfläche oder die Teilflächen, die durch die Operation vollständig aus der Hüllgeometrie des modifizierten Volumenkörpers entfallen. Bei einer Operation „Teilfläche ersetzen“ ist dies die Teilfläche, die durch eine zweite ersetzt wird (Tabelle 3.159). Bei einer Operation „Teilfläche entfernen“ sind dies alle Teilflächen, die durch die Vereinfachung der Hüllgeometrie aus dieser entfernt werden (Tabelle 3.160). Das zu entfernende Element wird während der Definition einer Operation in rosa Farbe angezeigt. Tabelle 3.159: Parameter einer Operation „Teilfläche ersetzen“

Definition

Ergebnis

Die Begrenzungsinformation definiert eine oder mehrere Flächen, die zur Begrenzung der veränderten Hüllgeometrie verwendet werden. Im Fall einer Operation

172

3.12 Teilfläche ersetzen und entfernen „Teilfläche ersetzen“ ist dies die Fläche, aus der die ersetzte Teilfläche berechnet wird. Eine Operation „Teilfläche entfernen“ besitzt als Begrenzungsinformation diejenigen Teilflächen der Ausgangsgeometrie, deren Extrapolation die neue Hüllgeometrie ergibt. Die Flächen der Begrenzungsinformation sind in den Beispielen der beiden Tabellen türkis eingefärbt. Im Fall einer Operation „Fläche ersetzen“ ist als dritter Parameter die Orientierung der ersetzten Fläche vorhanden. Die Orientierung bestimmt diejenige Seite, an der Material bestehen bleibt. Die Orientierung wird während der Definition der Operation durch einen orangefarbenen Pfeil markiert (Tabelle 3.159, links). Definition

3.12.2

Tabelle 3.160: Parameter einer Operation „Teilfläche entfernen“

Ergebnis

Interne Arbeitsweise von CATIA

Im internen Objektmodell sind die Operationen „Teilfläche ersetzen“ und „Teilfläche entfernen“ der Klasse „Dress Up Shape“ (Abschnitt 2.3) zugeordnet und durch die Objekte „Replace Face“ und „Remove Face“ abgebildet. Anwendersicht

Objekt „Replace Face“ Eigenschaft

Inhalt

Remove Face

Bodenfläche (Block)

Split Plane

Extrusion

Splitting Side

CATPositiveSide

Tabelle 3.161: Beispiel der internen Speicherung einer Operation „Teilfläche ersetzen“

173

3 CATIA-Basiswissen Ein Objekt „Replace Face“ repräsentiert eine Operation „Teilfläche ersetzen“. Das Objekt verfügt über drei Eigenschaften, in denen die Parameter der Operation abgelegt sind (Tabelle 3.161). Die Eigenschaft „Remove Face“ speichert das zu entfernende Element. Die Eigenschaften „Split Plane“ und „Splitting Side“ speichern die Begrenzungsinformation und deren Orientierung. Die Orientierung ist als positive oder negative Seite der ersetzten Fläche beschrieben. Alle drei Eigenschaften können von einem Anwender geändert werden. Im Beispiel der Tabelle 3.161 ist die Teilfläche der Eigenschaft „Remove Face“ rosa eingefärbt, die Teilfläche der Eigenschaft „Split Plane“ türkis. Zur Berechnung des Ergebnisses der Operation werden alle Teilflächen des Ausgangskörpers ermittelt, die an das zu entfernende Element angrenzen. Anschließend erfolgt eine Extrapolation der angrenzenden Teilflächen und eine Verschneidung mit der Fläche, die in der Begrenzungsinformation gespeichert ist. Die hierdurch ermittelte Kurve wird dazu verwendet, die Fläche der Begrenzungsinformation zu beschneiden und die neue Teilfläche zu ermitteln (3.41). Bild 3.41: Beispiel der internen Berechnung einer Operation „Teilfläche ersetzen“

Die interne Speicherung und Berechnung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Teilfläche ersetzen“ einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist das Geometrieobjekt der Eigenschaften „Remove Face“ oder „Split Plane“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann die Operation nicht berechnet werden. Ist das Element der Begrenzungsinformation zu klein oder können die angrenzenden Teilflächen des zu ersetzenden Elementes nicht extrapoliert werden, kann die interne Verschneidung nicht durchgeführt werden. Das gleiche gilt, wenn die Orientierung der Begrenzungsinformation in eine Richtung zeigt, in der kein Material vorhanden ist. Beispiele gibt Abschnitt 3.12.4. Ein Objekt „Remove Face“ repräsentiert eine Operation „Teilfläche entfernen“. Das Objekt verfügt über drei Eigenschaften, welche die Parameter der Operation speichern (Tabelle 3.162). Die ersten zwei Eigenschaften „Remove Faces“ und „Keep Faces“ speichern je eine Liste der Teilflächen, die als zu entfernendes Element und als Begrenzungsinformation deklariert sind. Die Listen können von einem Anwender frei definiert werden. Die dritte Eigenschaft „Propagation“ ist für einen Anwender

174

3.12 Teilfläche ersetzen und entfernen nicht zugänglich. In dieser ist der Fortsetzungstyp der Operation gespeichert, dessen Wert der aus der Klasse „Dress Up Shape“ übernommen ist. Der Fortsetzungstyp ist „Any“, da alle Nachbarflächen einer Teilfläche erfasst werden. Im Beispiel von Tabelle 3.162 sind die Flächen der Eigenschaft „Keep Faces“ türkis eingefärbt, die Teilfläche der Eigenschaft „Remove Faces“ rosa. Anwendersicht

Objekt „Remove Face“ Eigenschaft

Inhalt

Remove Faces

Seitenfläche.3 (Block)

Keep Faces

Deckfläche (Block)

Tabelle 3.162: Beispiel der internen Speicherung einer Operation „Teilfläche entfernen“

Bodenfläche (Block) Seitenfläche.1 (Block) Seitenfläche.5 (Block) Propagation

Any

Um das Ergebnis einer Operation „Teilfläche entfernen“ zu berechnen, werden alle Teilflächen bestimmt, die an das zu entfernende Element punkt- oder tangentenstetig angrenzen und nicht zur Begrenzungsinformation gehören. Anschließend werden iterativ alle weiteren Teilflächen ermittelt, die wiederum an diese Teilflächen angrenzen, bis keine zusätzlichen Flächen mehr gefunden werden. Die Sammlung aller gefundenen Teilflächen wird aus der Hüllgeometrie des Ergebnisses entfernt. Anschließend werden die Teilflächen, die in der Begrenzungsinformation deklariert sind, extrapoliert, um die Lücken im Volumenkörper zu schließen. Es ist möglich, mehrere Teilflächen zu entfernen, die nicht zusammenhängen. Tabelle 3.163 gibt hierzu zwei Beispiele. Die linke Spalte zeigt das Ergebnis der Definition aus Tabelle 3.162. Ausgehend von der Grundfläche des U-Profils (Seitenfläche.3) werden alle weiteren Teilflächen ermittelt, die durch die Begrenzungsinformation (türkis) eingeschlossen sind. Der Algorithmus findet alle Teilflächen, die sich im Innern des U-Profils befinden (rosa). Das Ergebnis der Operation ist transparent angedeutet und zeigt ein gefülltes U-Profil. Die rechte Spalte stellt ein Beispiel dar, in dem alle Verrundungsflächen des U-Profils in einer einzigen Operation entfernt wurden. Obwohl die zu entfernenden Elemente nicht zusammenhängen, kann die Operation berechnet werden. Das scharfkantige U-Profil ist transparent angedeutet. Die interne Speicherung und Berechnung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Teilfläche entfernen“ einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist ein Geometrieobjekt der Listen „Remove Faces“ oder „Keep Faces“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann die Operation nicht

175

3 CATIA-Basiswissen berechnet werden. Kann ein Element der Begrenzungsinformation nicht extrapoliert werden, kann die Hüllgeometrie nach dem Entfernen der Teilflächen nicht mehr geschlossen werden. Beispiele gibt Abschnitt 3.12.4. Tabelle 3.163: Beispiele zur internen Arbeitsweise der Operation „Teilfläche entfernen“

Fallbeispiel 1

3.12.3

Fallbeispiel 2

CATIA-Befehle

In diesem Abschnitt ist beschrieben, über welche Schaltflächen und Dialoge eine Operation „Teilfläche ersetzen“ und „Teilfläche entfernen“ erzeugt wird. 3.12.3.1 Teilfläche ersetzen Der Dialog zum Erzeugen einer Operation „Teilfläche ersetzen“ wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Teilfläche ersetzen“ der Symbolleiste „Aufbereitungskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich das Fenster „Definition der Teilfläche ersetzen“, in dem die Parameter der Operation deklariert werden (Bild 3.42). Bild 3.42: Parameterfenster der Operation „Teilfläche ersetzen“

Im Feld „Zu entfernende Teilfläche“ wird das zu entfernende Element deklariert. Es kann entsprechend der internen Speicherung des Objektes nur eine Teilfläche eines Volumenkörpers angegeben werden. Grenzen Teilflächen an die zu entfernende Teilfläche tangentenstetig an, werden diese implizit mit erfasst. Die Geometrie der Begrenzungsinformation wird im Feld „Zu ersetzende Fläche“ deklariert. Es kann eine Ebene, eine Fläche oder ein Flächenverband verwendet werden. Die Orientierung der Operation wird standardmäßig gleich der Orientie-

176

3.12 Teilfläche ersetzen und entfernen rung der Begrenzungsinformation gesetzt und an der Begrenzungsinformation durch kleine Pfeile angezeigt. Die Orientierung kann über eine Selektion eines der Pfeile invertiert werden. Durch eine Selektion der Schaltfläche „OK“ wird der Dialog abgeschlossen und die Operation erzeugt. 3.12.3.2 Teilfläche entfernen Der Dialog zum Erstellen einer Operation „Teilfläche entfernen“ wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Teilfläche entfernen“ der Symbolleiste „Aufbereitungskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich das Fenster „Definition des Entfernens von Teilflächen“, in dem die Parameter der Operation deklariert werden. Bild 3.43: Parameterfenster der Operation „Teilfläche entfernen“

Das zu entfernende Element wird im Feld „Zu entfernende Teilflächen“ deklariert. Es können eine oder mehrere Teilflächen des zu verändernden Volumenkörpers ausgewählt werden. Wird die Option „Alle zu entfernenden Teilflächen anzeigen“ aktiviert, werden dynamisch alle Teilflächen rosa eingefärbt, die bei der Berechnung der Operation vom Automatismus dem zu entfernenden Element zugeordnet würden. Es empfiehlt sich, die Option zu aktivieren, bevor mit der Deklaration der ersten Teilfläche begonnen wird, um eine optische Kontrolle der Eingabe zu haben. Die Begrenzungsinformation wird im Feld „Beizubehaltende Teilflächen“ deklariert. Die Teilflächen der Begrenzungsinformation sollten das zu entfernende Element vollständig umfassen. Aus Gründen der mathematischen Stabilität der Funktion sollten im zu entfernenden Element und in der Begrenzungsinformation nur so wenig Teilflächen wie nötig deklariert werden. Ein Beispiel hierzu gibt Tabelle 3.164. In der linken Spalte wurde eine optimale Definition gewählt. Der Hohlraum der Schale kann geschlossen werden, wenn nur eine Teilfläche der Innenhaut dem zu entfernenden Element zugeordnet wird. Mit zwei Teilflächen der Außenhaut ist die Innenhaut vollständig von den restlichen Teilflächen des Volumenkörpers getrennt. Im rechten Beispiel wurden als Extremfall alle Teilflächen des Volumenkörpers entweder dem zu entfernenden Element oder der Begrenzungsinformation zugeordnet. Die Operation wird zwar auch bei einer Überdefinition korrekt berechnet, aber sobald nur eine Teilfläche entfällt oder einen anderen Bezeichner erhält, ist die Operation nicht mehr korrekt definiert (vgl. Abschnitte 3.12.4.1 und 4.1.1).

177

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.164: Unterschiedliche Anzahl der gespeicherten Teilflächen bei identischem Ergebnis

Optimale Anzahl

Überdefinition

Zu entfernende Teilflächen:

1 St.

Zu entfernende Teilflächen:

10 St.

Beizubehaltende Teilflächen:

2 St.

Beizubehaltende Teilflächen:

13 St.

3.12.4

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Eine Operation „Teilfläche ersetzen“ oder „Teilfläche entfernen“ kann einen Definitionsfehler aufweisen, wenn deren Parameter geometrisch keine Lösung im Rahmen der Möglichkeiten bieten, die im Rechenalgorithmus hinterlegt sind. Dieser Fall kann bei einer Erzeugung der Operation oder nach einer Änderung eines Volumenmodells auftreten. Eine zweite generelle Fehlerursache ist, dass Parameter der Operation durch eine geometrische Änderung aus dem geänderten Volumenmodell entfallen sind und somit eine unvollständige Definition der Operation vorliegt. In den folgenden Abschnitten sind gängige Fehlermeldungen einer Operation „Teilfläche ersetzen“ und „Teilfläche entfernen“ aufgeführt und mögliche Fehlerursachen beschrieben. 3.12.4.1 „Geometrie kann nicht berechnet werden (Impossible to compute geometry)“ Wird die Geometrie eines Volumenmodells geändert, in dem eine Operation „Teilfläche ersetzen“ oder „Teilfläche entfernen“ verwendet ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Die Geometrie kann nicht berechnet werden.“ „Impossible to compute the geometry.“ Die Fehlerursache ist, dass eine Fläche entfallen ist oder eine neue interne Bezeichnung erhalten hat, die als Parameter in dem zu ersetzenden Element oder der Begrenzungsinformation deklariert wurde. Die interne Bezeichnung einer Teilfläche kann sich schon dann ändern, wenn in einer Skizze ein Element gelöscht und neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1)! Die Operation kann dann nicht mehr berechnet werden. Wenn die Operation durch Doppelselektion editiert wird, wird die Fläche,

178

3.12 Teilfläche ersetzen und entfernen die nicht mehr gefunden wird, gelb angezeigt (Tabelle 3.165, links). Eine Lösung ist, die Operation zu editieren und eine gültige Geometrie zu deklarieren (Tabelle 3.165, rechts). Fehlerursache

Durch eine Änderung hat eine Teilfläche einer Operation „Teilfläche entfernen“ einen neuen Bezeichner erhalten (gelbe Fläche).

Lösung

Tabelle 3.165: Beispiel eines Fehlers „Geometrie kann nicht berechnet werden“

Die Operation wird editiert und die Teilfläche neu deklariert.

3.12.4.2 „Endkörper kann nicht geschlossen werden (Final body can not be closed)“ Wird eine Operation „Teilfläche entfernen“ erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, an dem eine Operation „Teilfläche entfernen“ angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Der Endkörper kann mit den ausgewählten ignorierten Teilflächen nicht geschlossen werden.“ „The final body can not be closed with selected ignored faces.“

Deutsch Englisch

Der Grund der Fehlermeldung ist, dass der gesamte Volumenkörper durch die Operation entfallen würde oder die Operation für den Rechenalgorithmus zu komplex ist. Eine Ursache liegt darin, dass die Begrenzungsinformation das zu entfernende Element nicht vollständig umfasst (Tabelle 3.166, links). Entweder wurden bei der Definition der Operation nicht alle notwendigen Teilflächen selektiert oder durch eine nachträgliche Änderung die Einfassung zerstört. Die einzige Lösung ist, durch Editieren die zusätzlich benötigten Teilflächen zur Begrenzungsinformation hinzuzufügen (Tabelle 3.166, rechts).

179

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.166: Beispiel eines Fehlers „Endkörper kann nicht geschlossen werden“, Ursache 1

Fehlerursache 1

Die Begrenzungsinformation (türkis) umschließt das zu entfernende Element (rosa) nicht.

Lösung

Die Operation wird editiert und die Begrenzungsinformation korrigiert.

Wenn die Begrenzungsinformation das zu entfernende Element umfasst, gibt es dennoch Fälle, in denen der Rechenalgorithmus das Ergebnis nicht berechnen kann. Dies kann zwei Gründe haben: Die Oberflächenbeschaffenheit lässt kein Schließen des Volumenkörpers zu, da durch Extrapolation und Beschnitt der Teilflächen der Begrenzungsinformation keine Lösung gefunden werden kann (Tabelle 3.167, links). Der Rechenalgorithmus kann nicht erkennen, dass zwei Teilflächen der Begrenzungsinformation in einer Ebene liegen und findet daher keine Lösung (Tabelle 3.167, rechts). Der Algorithmus kann sich im rechten Beispiel nicht für eine der beiden senkrechten Teilflächen entscheiden, obwohl beide im Ergebnis der Operation durch eine Extrapolationsfläche ersetzt werden könnten. Tabelle 3.167: Beispiel eines Fehlers „Endkörper kann nicht geschlossen werden“, Ursache 2 und 3

180

Fehlerursache 2

Fehlerursache 3

Die Oberflächenbeschaffenheit ist so geartet, dass durch Extrapolation und Beschnitt der Begrenzungsinformation keine Lösung gefunden wird.

Der Rechenalgorithmus kann nicht erkennen, dass die beiden senkrechten Teilflächen der Begrenzungsinformation im Ergebnis der Operation durch eine Fläche ersetzt werden können.

3.12 Teilfläche ersetzen und entfernen 3.12.4.3 „Unzulässige Neubegrenzung (Impossible relimitation)“ Wird eine Operation „Teilfläche ersetzen“ erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, an dem eine Operation „Teilfläche ersetzen“ angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Unzulässige Neubegrenzung. Die lokale Topologie oder Geometrie ist zu komplex.“ „Impossible relimitation. The local topology or geometry is too complex.“

Deutsch Englisch

Der Grund der Fehlermeldung liegt darin, dass die Hüllgeometrie des geänderten Volumenkörpers nicht geschlossen werden kann. Dafür gibt es drei mögliche Ursachen: Die erste Ursache kann sein, dass die Fläche zu klein ist, die in der Begrenzungsinformation definiert ist (Tabelle 3.168, links). Der Beschnitt der Teilflächen, die das neue Hüllvolumen bilden, kann nicht durchgeführt werden. Eine Lösung ist, die Fläche zu vergrößern (Tabelle 3.168, rechts). Fehlerursache 1

Die Fläche der Begrenzungsinformation ist zu klein.

Lösung

Tabelle 3.168: Beispiel eines Fehlers „Unzulässige Neubegrenzung“, Ursache 1

Die Fläche wird vergrößert.

Als zweite Fehlerursache kann vorliegen, dass die Teilflächen nicht extrapoliert werden können, die an die zu entfernende Teilfläche angrenzen, oder die extrapolierten Flächen auseinander klaffen (Tabelle 3.169, links). In diesem Fall kann es helfen, die Operation an einer früheren Position im Baum anzuordnen (vgl. Abschnitt 3.16), um mit einer einfacheren Topologie zu arbeiten (Tabelle 3.169, rechts). Eine dritte Fehlerursache kann sein, dass die Orientierung der Begrenzungsinformation von dem zu ändernden Volumenkörper weg zeigt (Tabelle 3.170, links). In diesem Fall können die neuen Teilflächen des Hüllvolumens nicht berechnet werden. Die Lösung in diesem Fall ist, die Operation zu editieren und die Orientierung umzukehren (Tabelle 3.170, rechts).

181

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.169: Beispiel eines Fehlers „Unzulässige Neubegrenzung“, Ursache 2

Fehlerursache 2

Lösung

Die extrapolierten Teilflächen erlauben es Die Operation wird an einer früheren Stelle im nicht, die Hüllgeometrie nach der Operation zu Konstruktionsbaum angeordnet. Hier ist die schließen. Geometrie einfacher, da die Verrundungen noch nicht vorhanden sind. Tabelle 3.170: Beispiel eines Fehlers „Unzulässige Neubegrenzung“, Ursache 3

Fehlerursache 3

Die Orientierung der Begrenzungsinformation zeigt von dem Volumenkörper weg.

182

Lösung

Die Orientierung wird invertiert.

3.13 Drehen und Verschieben erzeugen 3.12.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 3.16

Lösungsblatt 3.16

Dauer 35 min

a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: Über welche Parameter verfügt eine Operation „Teilfläche ersetzen“ und „Teilfläche entfernen“? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden gespeichert? b) Bitte erstellen Sie die abgebildete Geometrie in einem leeren CATPart. Um einen Datenaustausch zu simulieren, kopieren Sie den gesamten Hauptkörper anschließend ohne Historie in ein zweites CATPart (Einfügen Spezial/Als Ergebnis). Ändern Sie die „dumme“ Geometrie entsprechend der in den Klammern angegebenen Werte.

Übung 3.16: Teilfläche ersetzen und entfernen

3.13 Drehen und Verschieben erzeugen „Drehen“ und „Verschieben“ sind Transformationsoperationen (Abschnitt 2.3), welche die Lage eines einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörpers in einem Volumenmodell ändern. „Drehen“ rotiert einen Volumenkörper um eine Achse, „Verschieben“ verschiebt einen Volumenkörper entlang einer Richtung. Die folgenden Abschnitte beschreiben, wie eine Operation „Drehen“ oder „Verschieben“ erzeugt wird.

3.13.1

Parameter

Die Parameter einer Operation „Drehen“ oder „Verschieben“ sind ein Führungselement und eine Änderungsinformation. Das Führungselement beschreibt die Ausrichtung der Operation. Bei einer Operation „Drehen“ ist dies eine Gerade, um welche die Drehung erfolgt. Bei einer Operation „Verschieben“ können dies ein Richtungselement, zwei Punkte oder ein Vektor sein. Ein Vektor wird über drei Koordinaten beschrieben. Die Änderungsinformation beschreibt das Ausmaß der Operation. Bei einer Operation „Drehen“ wird ein Winkel verwendet. Eine Operation „Verschieben“ verfügt nur dann über eine Änderungsinformation, wenn als Führungselement ein Richtungs-

183

3 CATIA-Basiswissen element definiert ist. Die Änderungsinformation besteht in diesem Fall aus einem Abstand. In den beiden anderen Fällen ist die Änderungsinformation schon im Führungselement enthalten. Der Volumenkörper, dessen Lage geändert wird, kann nicht als Parameter explizit deklariert werden. Es wird immer die Geometrie eines Körpers gedreht oder verschoben, die sich unmittelbar oberhalb der Operation im Konstruktionsbaum befindet.

3.13.2

Interne Arbeitsweise von CATIA

CATIA intern wird eine Operation „Drehen“ in einem Objekt „Rotate“, eine Operation „Verschieben“ in einem Objekt „Translate“ gespeichert. Ein Objekt „Rotate“ speichert intern drei Eigenschaften, über die eine Drehung definiert ist (Tabelle 3.171). Dies sind das Führungselement „Axis“, die Änderungsinformation „Angle“ und das zu rotierende Element „Element to Rotate“. Die ersten zwei Eigenschaften sind Parameter, die auch einem Anwender zugänglich sind (weiße Felder). Die dritte ist ein interner Verweis, der automatisch immer auf den Knoten zeigt, der über der Operation „Drehen“ im Konstruktionsbaum angeordnet ist (graues Feld). Tabelle 3.171: Beispiel der internen Speicherung einer Operation „Drehen“

Anwendersicht

Objekt „Rotate“ Eigenschaft

Inhalt

Angle

15°

Axis

Kantenverrundung.1, Kante.2

Element to Rotate Kantenverrundung.1

Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Drehen“ einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist das Geometrieobjekt der Eigenschaft „Axis“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann die Drehung nicht berechnet werden. Zeigt der interne Verweis des zu rotierenden Elementes auf eine ungültige Geometrie, ist auch die Drehung defekt. Beispiele gibt Abschnitt 3.13.4. Ein Objekt „Translate“ ist CATIA intern durch ein Objekt „HybridShapeTranslate“ der Flächenkonstruktion abgebildet. Das bedeutet, dass Verschiebungen der Arbeitsumgebungen „Part Design“, „Wireframe & Surface Design“ und „Generative Shape Design“ auf demselben Rechenalgorithmus aufbauen.

184

3.13 Drehen und Verschieben erzeugen Ein Objekt „Translate“ verfügt über mehrere Eigenschaften, welche die Parameter einer Operation „Verschieben“ speichern. Die Art des Führungselementes ist in der Eigenschaft „Vector Type“ abgelegt. „Vector Type“ kann die Werte „Richtung, Abstand“, „Punkt zu Punkt“ und „Koordinaten“ annehmen. „Richtung, Abstand“ definiert als Führungselement ein Richtungselement, „Punkt zu Punkt“ zwei Punkte und „Koordinaten“ einen Vektor. In Abhängigkeit der Art des Führungselementes werden diejenigen Eigenschaften einem Anwender freigeschaltet und angezeigt, die zur Definition des Führungselementes und der Änderungsinformation benötigt werden. Im Fall von „Richtung, Abstand“ sind dies die Eigenschaften „Direction“ und „Distance“, im Fall von „Punkt zu Punkt“ die Eigenschaften „First Point“ und „Second Point“ und im dritten Fall die drei Koordinatenwerte „Coordinate X Value“, „Coordinate Y Value“ und „Coordinate Z Value“. Analog einer Operation „Drehen“ wird intern ein Zeiger auf das verschobene Element „Element to Translate“ gespeichert. Ein Beispiel einer Operation „Verschieben“ des Typs „Koordinaten“, die über einen Vektor definiert ist, gibt Tabelle 3.172. Nur die drei Koordinaten des Vektors sind aktiviert (weiße Felder). Die anderen Eigenschaften sind für den Anwender nicht sichtbar (graue Felder). Der interne Zeiger des verschobenen Elementes zeigt auf das Element „Kantenverrundung.1“, das sich oberhalb der Operation im Konstruktionsbaum befindet. Anwendersicht

Objekt „Translate“ Eigenschaft

Inhalt

Vector Type

Koordinaten

Tabelle 3.172: Beispiel der internen Speicherung einer Operation „Verschieben“

Coordinate X Value 20 mm Coordinate Y Value 0 mm Coordinate Z Value 0 mm First Point Second Point Direction Distance Element to Translate

nur benutzt, wenn Führungselement zwei Punkte nur benutzt, wenn Führungselement ein Richtungselement Kantenverrundung.1

Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Verschieben“ auf einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler laufen kann. Ist ein Geometrieobjekt der Eigenschaften „First Point“, „Second Point“ oder „Direc-

185

3 CATIA-Basiswissen tion“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann die Verschiebung nicht berechnet werden. Das gleiche gilt, wenn der interne Verweis des zu verschiebenden Elementes „Element to Translate“ auf eine ungültige Geometrie zeigt. Beispiele gibt Abschnitt 3.13.4.

3.13.3

CATIA-Befehle

In diesem Abschnitt ist beschrieben, über welche Schaltflächen und Dialoge eine Operation „Drehen“ und „Verschieben“ erzeugt wird. 3.13.3.1 Drehen Der Dialog zur Erzeugung einer Operation „Drehen“ wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Rotation“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Nach einer Hinweismeldung, die auf andere Möglichkeiten einer Transformation hinweist und mit „Ja“ bestätigt werden kann, öffnet sich das Parameterfenster der Operation (Bild 3.44). Bild 3.44: Parameterfenster einer Operation „Drehen“

Das Führungselement wird im Feld „Achse“ deklariert. Als Führungselement kann eine Linie, eine Skizze mit einer Linie oder eine gerade Kante eines Volumenkörpers verwendet werden. Das Führungselement wird während der Definition der Operation orangefarben hervorgehoben (Tabelle 3.173, links). Tabelle 3.173: Erzeugen einer Operation „Drehen“

186

Definition

Ergebnis

3.13 Drehen und Verschieben erzeugen Die Änderungsinformation wird im Feld „Winkel“ definiert. Es sind beliebige Werte größer, kleiner und gleich Null zulässig. Der Winkel wird gemäß der RechtenHand-Regel um das Führungselement gemessen: Der Daumen zeigt in Richtung der Orientierung der Achse, die Finger in Richtung eines positiven Winkels. Während der Definition ist der Winkel durch eine grüne Zahl an der Geometrie dargestellt (Tabelle 3.173, links). Eine Selektion der Schaltfläche „OK“ beendet die Definition der Operation. Im 3D wird nur noch das Ergebnis angezeigt, die Ursprungsgeometrie wird ausgeblendet (Tabelle 3.173, rechts). 3.13.3.2 Verschieben Der Dialog zur Erzeugung einer Operation „Verschieben“ wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Verschiebung“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Nach einer Hinweismeldung, die auf andere Möglichkeiten einer Transformation hinweist und mit „Ja“ bestätigt werden kann, öffnet sich das Parameterfenster der Operation. Das Aussehen des Parameterfensters ändert sich in Abhängigkeit der Art des Führungselementes. Die Art eines Führungselementes wird im Auswahlfeld „Vektordefinition“ eingestellt. Soll das Führungselement ein Richtungselement sein, wird „Richtung, Abstand“ ausgewählt. Im Fall von zwei Punkten ist dies „Punkt zu Punkt“ und bei der Verwendung eines Vektors „Coordinates“. Die übrigen Felder zeigen dann die Parameter an, die zur Definition des ausgewählten Führungselementes und der Änderungsinformation benötigt werden. Tabelle 3.174 gibt für die drei Arten von Führungselementen je ein Beispiel eines Parameterfensters. Richtungselement

Zwei Punkte

Vektor

Tabelle 3.174: Parameter einer Operation „Verschieben“ in Abhängigkeit des Führungselementes

Ist das Führungselement ein Richtungselement, wird das Führungselement im Feld „Richtung“ deklariert (Tabelle 3.174, links). Ein Richtungselement kann eine Linie, eine Ebene, eine Skizze mit einer Linie, eine planare Teilfläche oder eine gerade Kante sein. Wird eine Ebene verwendet, ist das Führungselement deren Normalenvektor. Das Führungselement wird während der Definition der Operation orangefarben hervorgehoben (Tabelle 3.175, links). Wird das Führungselement über zwei Punkte definiert, werden diese in den Feldern „Startpunkt“ und „Endpunkt“ dekla-

187

3 CATIA-Basiswissen riert (Tabelle 3.174, Mitte). Ist das Führungselement ein Vektor, wird das Element ohne jeglichen Bezug zu einer Geometrie über drei Koordinaten in den Feldern „X“, „Y“ und „Z“ definiert (Tabelle 3.174, rechts). Eine Änderungsinformation wird nur in dem Fall benötigt, in dem das Führungselement ein Richtungselement ist. Sie wird im Feld „Abstand“ definiert (Tabelle 3.174, links). Als Abstand ist ein beliebiger Wert größer, kleiner oder gleich Null erlaubt. Ein positiver Abstand wird in Richtung der Orientierung des Führungselementes gemessen. Der Wert wird während der Definition als grüne Zahl mit zwei Pfeilen an der Geometrie dargestellt (Tabelle 3.175, links). Eine Selektion der Schaltfläche „OK“ beendet die Definition der Operation. Im 3D wird nur noch das Ergebnis angezeigt, die Ursprungsgeometrie wird ausgeblendet (Tabelle 3.175, rechts). Tabelle 3.175: Erzeugen einer Operation „Verschieben“

Definition

3.13.4

Ergebnis

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Wird eine Operation „Drehen“ oder „Verschieben“ erzeugt oder ein Volumenkörper geändert, der mit einer Transformation versehen ist, können unvollständige oder ungeeignete Parameter zu einer Fehlermeldung führen (Abschnitt 3.13.2). Im folgenden Abschnitt sind häufige Fehlermeldungen und deren Ursachen sowie Lösungsmöglichkeiten aufgeführt. 3.13.4.1 „Ungültiges oder leeres Eingabeelement (Invalid or empty input element)“ Wird die Geometrie eines Volumenmodells geändert, in dem eine Operation „Drehen“ oder „Verschieben“ verwendet ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

188

„Ungültiges oder leeres Eingabeelement: Ein Eingabeelement ist ungültig oder leer. Für diese Operation gibt es keine Lösung.“ „Invalid or empty input element: One input element is invalid or empty; there is no solution for this operation.“

3.13 Drehen und Verschieben erzeugen Eine Fehlerursache kann sein, dass das Führungselement der Operation nicht mehr existiert oder keine verwendbare Geometrie besitzt. Die Transformation kann dann nicht mehr berechnet werden (Tabelle 3.176, links). Eine Lösung ist, die Operation zu editieren und eine gültige Geometrie zu deklarieren (Tabelle 3.176, rechts). Fehlerursache

Lösung

Tabelle 176: Beispiel eines Fehlers „Ungültiges oder leeres Eingabeelement“, Ursache 1

Durch eine Änderung ist das Führungselement Die Operation wird editiert und das Führungsder Operation entfallen. element neu deklariert.

Eine zweite Fehlerursache kann sein, dass der interne Zeiger der zu transformierenden Geometrie auf einen leeren Körper zeigt. Der Fehler tritt dann auf, wenn alle Volumenkörper eines Körpers oberhalb der Operation gelöscht worden sind (Tabelle 3.177, links). War der Löschvorgang gewollt, sollte die fehlerhafte Operation auch gelöscht werden, da diese ohne Geometrie nicht mehr sinnvoll ist. Ansonsten können über die Schaltfläche „Widerrufen Löschen“ die gelöschten Elemente wiederhergestellt und der Löschvorgang abschließend gewissenhaft wiederholt werden (Tabelle 3.177, rechts). Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.177: Beispiel eines Fehlers „Ungültiges oder leeres Eingabeelement“, Ursache 2

Durch einen Löschvorgang wurde sämtliche 3D- Der Löschvorgang wird rückgängig gemacht. Geometrie oberhalb der Operation entfernt.

189

3 CATIA-Basiswissen 3.13.4.2 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ Wird die Skizze oder eine Teilfläche eines Volumenkörpers geändert, an dem eine Operation „Drehen“ oder „Verschieben“ angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“ Die Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenkörpers eine Kante oder Teilfläche entfallen ist, die als Führungselement deklariert wurde (Tabelle 3.178, links). In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der Skizze des Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1.1). Wird die Operation editiert und die Teilfläche oder Kante neu deklariert, ist der Fehler behoben und die Transformation kann berechnet werden (Tabelle 3.178, rechts).

Tabelle 3.178: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche nicht mehr erkannt“

Fehlerursache

Lösung

Durch eine Änderung des Volumenkörpers ist Die Operation wird editiert und die Kante neu eine Kante entfallen, die als Führungselement deklariert. deklariert war.

190

3.14 Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen 3.13.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: Über 3.17 welche Parameter verfügt eine Operation „Drehen“ oder „Verschieben“? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden gespeiLösungsblatt chert? 3.17 b) Bitte kreuzen Sie an: Welche der folgenden Aussagen sind wahr oder falsch? Dauer 20 min

Übung 3.17: Drehen und Verschieben erzeugen

3.14 Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen „Skalieren“ und „Symmetrie“ sind Transformationsoperationen (Abschnitt 2.3), welche die Form eines einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörpers verändern. Eine Operation „Skalieren“ verzerrt einen Volumenkörper, „Symmetrie“ erstellt eine spiegelsymmetrische Abbildung. „Spiegeln“ ist eine Transformationsoperation, die einen Volumenkörper vervielfältigt. Die Vervielfältigung erfolgt, indem dieser durch ein spiegelsymmetrisches Abbild erweitert wird. Die folgenden Abschnitte beschreiben, wie eine Operation „Skalieren“, „Symmetrie“ und „Spiegeln“ erzeugt wird.

3.14.1

Parameter

Die Parameter einer Operation „Skalieren“, „Symmetrie“ und „Spiegeln“ sind ein Führungselement und eine Änderungsinformation. Die Änderungsinformation einer Operation „Skalieren“ definiert den Skalierungsfaktor. Er wird während der Definition als grüne Zahl an der zu skalierenden Geometrie angezeigt (Tabelle 3.179). Eine Operation „Symmetrie“ und „Spiegeln“ verfügt über keine Änderungsinformation. Das Führungselement bestimmt das Zentrum oder die Richtung, in der skaliert oder gespiegelt wird. Das Führungselement einer Operation „Skalieren“ kann ein Punkt, eine planare Fläche oder eine Ebene sein. Wird ein Punkt verwendet, erfolgt eine Skalierung in Richtung der drei Hauptachsen eines Volumenmodells (Tabelle 3.179, links). Eine

191

3 CATIA-Basiswissen Ebene oder planare Fläche definiert eine Skalierung normal zur Fläche. Ein Volumenkörper wird in diesem Fall senkrecht zum Führungselement in beiden Richtungen gedehnt (Tabelle 3.179, rechts). Tabelle 3.179: Beispiel für Führungselemente einer Operation „Skalieren“

Punkt

Ebene oder planare Fläche

Das Führungselement einer Operation „Symmetrie“ kann ein Punkt, eine Linie, eine planare Fläche oder eine Ebene sein (Tabelle 3.180). In allen vier Fällen erfolgt eine Spiegelung um das Führungselement. Ist das Führungselement ein Punkt, erfolgt eine Punktspiegelung (links), im Fall einer Linie eine Drehung um 180° (Mitte) und bei der Verwendung einer planaren Fläche oder Ebene eine Spiegelung (rechts). Als Führungselement einer Operation „Spiegeln“ kann nur eine planare Fläche oder Ebene verwendet werden. Tabelle 3.180: Beispiel für Führungselemente einer Operation „Symmetrie“

Punkt

Linie

Ebene oder planare Fläche

Der Volumenkörper, dessen Form geändert oder der vervielfältigt wird, kann nicht als Parameter explizit deklariert werden. Es wird immer die Geometrie eines Körpers skaliert oder gespiegelt, die sich unmittelbar oberhalb der Operation im Konstruktionsbaum befindet.

192

3.14 Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen 3.14.2

Interne Arbeitsweise von CATIA

CATIA intern wird eine Operation „Skalieren“ durch ein Objekt „Scaling“, eine Operation „Symmetrie“ durch ein Objekt „Symmetry“ und eine Operation „Spiegeln“ durch ein Objekt „Mirror“ repräsentiert. Das Objekt „Scaling“ speichert intern drei Eigenschaften, über die eine Skalierung definiert ist (Tabelle 3.181). Dies sind das Führungselement „Center“, die Änderungsinformation „Ratio“ und das zu skalierende Element „Element to Scale“. Die ersten zwei Eigenschaften sind Parameter, die auch einem Anwender zugänglich sind (weiße Felder). Die dritte ist ein interner Verweis, der automatisch immer auf den Knoten zeigt, der über der Operation „Skalieren“ im Konstruktionsbaum angeordnet ist (graues Feld). Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Skalieren“ einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist das Geometrieobjekt der Eigenschaft „Center“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann die Skalierung nicht berechnet werden. Zeigt der interne Verweis des zu skalierenden Elementes auf eine ungültige Geometrie, ist auch die Skalierung defekt. Beispiele gibt Abschnitt 3.14.4. Das Objekt „Symmetry“ ist CATIA intern unmittelbar aus der Symmetrieoperation der Flächenkonstruktion abgeleitet. Aus diesem Grund ist der Anwenderdialog für eine Symmetrie der Arbeitsumgebungen „Part Design“, „Wireframe & Surface Design“ und „Generative Shape Design“ ähnlich. Eine Symmetrieoperation der Flächenkonstruktion wird durch ein Objekt „HybridShapeSymmetry“ repräsentiert. Es speichert intern zwei Eigenschaften, welche die Operation definieren (Tabelle 3.182). Dies sind das Führungselement „Reference“ und das zu spiegelnde Element „Element to Symmetry“. Die erste Eigenschaft ist einem Anwender zugänglich (weißes Feld). Die zweite ist ein interner Verweis, der automatisch immer auf den Knoten zeigt, der über der Operation „Symmetrie“ im Konstruktionsbaum angeordnet ist (graues Feld). Anwendersicht

Objekt „Scaling“ Eigenschaft Inhalt Center

Punkt.1

Ratio

1,1

Element to Scale

Kantenverrundung.1

Tabelle 3.181: Beispiel der internen Speicherung einer Operation „Skalieren“

193

3 CATIA-Basiswissen Das Objekt „Mirror“ besitzt die gleichen Eigenschaften wie das Objekt „Symmetry“. Die interne Speicherung erfolgt analog. Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Symmetrie“ oder „Spiegeln“ einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist das Geometrieobjekt der Eigenschaft „Reference“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann die Symmetrie oder Spiegelung nicht berechnet werden. Zeigt der interne Verweis des gespiegelten Elementes auf eine ungültige Geometrie, ist auch die Operation defekt. Beispiele gibt Abschnitt 3.14.4. Tabelle 3.182: Beispiel der internen Speicherung einer Operation „Symmetrie“

Anwendersicht

Objekt „Symmetry“ Eigenschaft Inhalt

3.14.3

Reference

XY-Ebene

Element to Symmetry

Kantenverrundung.1

CATIA-Befehle

In diesem Abschnitt ist beschrieben, über welche Schaltflächen und Dialoge eine Operation „Skalieren“, „Symmetrie“ und „Spiegeln“ erzeugt wird. 3.14.3.1 Skalieren Der Dialog zur Erzeugung einer Operation „Skalieren“ wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Skalieren“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich ein Parameterfenster, in dem die Operation definiert wird (Bild 3.45). Bild 3.45: Parameterfenster der Operation „Skalieren“

Das Führungselement wird im Feld „Referenz“ deklariert. Als Führungselement kann ein Punkt, eine planare Fläche oder eine Ebene verwendet werden. Über die Geometrie kann die Ausrichtung einer Skalierung beeinflusst werden (Abschnitt 3.14.1).

194

3.14 Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen Die Änderungsinformation wird im Feld „Faktor“ definiert. Es kann ein beliebiger Wert ungleich Null eingegeben werden. Ein negativer Wert führt zu einer Punktspiegelung, wenn als Führungselement ein Punkt verwendet wird. Der Wert wird als grüne Zahl neben dem Begriff „Ratio“ an der zu skalierenden Geometrie angezeigt (Tabelle 3.183, links). Eine Selektion der Schaltfläche „OK“ beendet den Dialog. Die Skalierung wird durchgeführt und nur noch die resultierende Geometrie angezeigt. Der skalierte Volumenkörper wird ausgeblendet (Tabelle 3.183, rechts). Definition

Ergebnis

Tabelle 3.183: Erzeugen einer Operation „Skalieren“

3.14.3.2 Symmetrie Der Dialog zur Erzeugung einer Operation „Symmetrie“ wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Symmetrie“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Nach einer Hinweismeldung, die auf andere Möglichkeiten einer Transformation hinweist und mit „Ja“ bestätigt werden kann, öffnet sich das Parameterfenster der Operation (Bild 3.46). Bild 3.46: Parameterfenster der Operation „Symmetrie“

Das Führungselement wird im Feld „Referenz“ deklariert. Als Führungselement kann ein Punkt, eine Linie, eine planare Fläche oder eine Ebene verwendet werden. Im ersten Fall erfolgt eine Punktspiegelung, im zweiten eine Drehung um 180° und im dritten und vierten eine Spiegelung (Abschnitt 3.14.1). Das Ergebnis wird während der Definition durch ein orangefarbenes Drahtgitter angedeutet (Tabelle 3.184, links). Eine Selektion der Schaltfläche „OK“ beendet den Dialog. Die Spiegelung wird durchgeführt und nur noch die resultierende Geometrie angezeigt. Der ursprüngliche Volumenkörper wird ausgeblendet (Tabelle 3.184, rechts).

195

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.184: Erzeugen einer Operation „Symmetrie“

Definition

Ergebnis

3.14.3.3 Spiegeln Der Dialog zur Erzeugung einer Operation „Spiegeln“ wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Spiegeln“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Erst wenn das Führungselement selektiert ist, öffnet sich ein Parameterfenster, in dem die Operation definiert werden kann (Bild 3.47). Bild 3.47: Parameterfenster der Operation „Spiegeln“

Das Führungselement wird im Feld „Spiegelungselement“ deklariert. Als Führungselement kann eine planare Fläche oder eine Ebene verwendet werden. Der Volumenkörper, der durch die Spiegelung vervielfältigt wird, wird im Feld „Objekt für Spiegelung“ angezeigt. Das Feld kann nicht editiert werden. Das Ergebnis der Spiegelung wird durch eine orangefarbene Drahtgeometrie angedeutet (Tabelle 3.185, links). Tabelle 3.185: Erzeugen einer Operation „Spiegeln“

196

Definition

Ergebnis

3.14 Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen Eine Selektion der Schaltfläche „OK“ beendet den Dialog. Die Spiegelung wird durchgeführt und die ursprüngliche Geometrie mit der gespiegelten vereinigt. Der ursprüngliche Volumenkörper bleibt im Gegensatz zu einer Operation „Symmetrie“ bestehen (vgl. Tabelle 3.184, rechts). Die grün eingefärbten Flächen sind die Teilflächen des Volumenkörpers, die durch die Spiegelung neu entstanden sind. Die anderen Teilflächen wurden verlängert (Tabelle 3.185, rechts) .

3.14.4

Fehlermeldungen und deren Ursachen

Eine Operation „Skalieren“ oder „Symmetrie“ benötigt zu ihrer Definition zum einen ein Führungselement, zum anderen eine zu transformierende Geometrie. Diese beiden Abhängigkeiten können dazu führen, dass während der Erzeugung oder Änderung eines Elementes geometrische Unstimmigkeiten auftreten, die eine Berechnung der Operation verhindern (Abschnitt 3.14.2). In den folgenden Abschnitten sind häufige Fehlermeldungen und deren Ursachen beschrieben. 3.14.4.1 „Spezifikation kann nicht berücksichtig werden (Specification can’t be taken into account)“ Wird ein Volumenkörper gelöscht oder eine Geometrie geändert, die in einer Operation „Spiegeln“ als Führungselement deklariert ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Aktualisierungsfehler: Eine der Spezifikationen kann nicht berücksichtigt werden.“ „One of the specifications can't be taken into account. Update Error.“ Fehlerursache

Lösung

Durch eine Änderung des Volumenkörpers ist eine Teilfläche entfallen, die als Führungselement deklariert war.

Die Spiegelung wird editiert und die Teilfläche neu deklariert.

Deutsch Englisch Tabelle 3.186: Beispiel eines Fehlers „Spezifikation kann nicht berücksichtig werden“, Ursache 1

Eine Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenkörpers eine Teilfläche entfallen ist, die als Führungselement deklariert wurde (Tabelle 3.186, links). In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der

197

3 CATIA-Basiswissen Skizze des Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1.1). Wird die Spiegelung editiert und die Teilfläche neu deklariert, ist der Fehler behoben und die Operation kann berechnet werden (Tabelle 3.186, rechts). Eine zweite Fehlerursache kann sein, dass der interne Zeiger der zu spiegelnden Geometrie auf einen leeren Körper zeigt. Der Fehler tritt dann auf, wenn alle Volumenkörper eines Körpers oberhalb der Operation gelöscht worden sind (Tabelle 3.187, links). War der Löschvorgang gewollt, sollte die fehlerhafte Operation auch gelöscht werden, da diese ohne Geometrie nicht mehr sinnvoll ist. Ansonsten können über die Schaltfläche „Widerrufen Löschen“ die gelöschten Elemente wiederhergestellt und der Löschvorgang abschließend gewissenhaft wiederholt werden (Tabelle 3.187, rechts). Tabelle 3.187: Beispiel eines Fehlers „Spezifikation kann nicht berücksichtig werden“, Ursache 2

Fehlerursache

Lösung

Durch einen Löschvorgang wurde sämtliche 3DGeometrie oberhalb der Operation entfernt.

Der Löschvorgang wird rückgängig gemacht.

3.14.4.2 „Teilfläche nicht mehr erkannt (Face no longer recognized)“ Wird die Skizze oder eine Teilfläche eines Volumenkörpers geändert, an dem eine Operation „Skalieren“ oder „Symmetrie“ angebracht ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch Englisch

„Eine Teilfläche, eine Kante oder ein Scheitelpunkt wird nicht mehr erkannt.“ „A face, an edge or a vertex is no longer recognized.“ Die Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenkörpers ein Scheitelpunkt, eine Kante oder Teilfläche entfallen ist, die als Führungselement deklariert wurde (Tabelle 3.188, links). In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der Skizze des Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1.1). Wird die Operation editiert und das Element neu deklariert, ist der Fehler behoben und die Transformation kann berechnet werden (Tabelle 3.188, rechts).

198

3.14 Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen Fehlerursache

Lösung

Tabelle 3.188: Beispiel eines Fehlers „Teilfläche nicht mehr erkannt“

Durch eine Änderung des Volumenkörpers ist Die Operation wird editiert und die Teilfläche neu eine Teilfläche entfallen, die als Führungsdeklariert. element deklariert war.

3.14.4.3 „Ungültiges oder leeres Eingabeelement (Invalid or empty input element)“ Wird ein Volumenkörper gelöscht oder eine Geometrie geändert, die in einer Operation „Skalieren“ oder „Symmetrie“ als Führungselement deklariert ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Ungültiges oder leeres Eingabeelement: Ein Eingabeelement ist ungültig oder leer. Für diese Operation gibt es keine Lösung.“ „Invalid or empty input element: One input element is invalid or empty; there is no solution for this operation.“

Deutsch Englisch

Eine Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenmodells das Führungselement entfallen ist oder nicht mehr verwendet werden kann (Tabelle 3.189, links). Wird die Operation editiert und ein anderes oder neues Führungselement deklariert, ist der Fehler behoben und die Transformation kann berechnet werden (Tabelle 3.189, rechts). Eine zweite Fehlerursache kann sein, dass der interne Zeiger der zu transformierenden Geometrie auf einen leeren Körper zeigt. Der Fehler tritt dann auf, wenn alle Volumenkörper eines Körpers oberhalb der Operation gelöscht worden sind (Tabelle 3.190, links). War der Löschvorgang gewollt, sollte die fehlerhafte Operation auch gelöscht werden, da diese ohne Geometrie nicht mehr sinnvoll ist. Ansonsten können über die Schaltfläche „Widerrufen Löschen“ die gelöschten Elemente wiederhergestellt und der Löschvorgang abschließend gewissenhaft wiederholt werden (Tabelle 3.190, rechts).

199

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.189: Beispiel eines Fehlers „Ungültiges oder leeres Eingabeelement“, Ursache 1

Fehlerursache

Lösung

Durch eine Änderung im Volumenmodell ist das Das Führungselement wird neu erzeugt. AnFührungselement gelöscht worden. schließend wird die Operation editiert und das Führungselement neu deklariert. Tabelle 3.190: Beispiel eines Fehlers „Ungültiges oder leeres Eingabeelement“, Ursache 2

Fehlerursache

Lösung

Durch einen Löschvorgang wurde sämtliche 3D- Der Löschvorgang wird rückgängig gemacht. Geometrie oberhalb der Operation entfernt.

200

3.15 Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen 3.14.5 Übung Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 3.18

Lösungsblatt 3.18

Dauer 30 min

a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: Über welche Parameter verfügen eine Operation „Skalieren“, „Symmetrie“ oder „Spiegeln“? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden gespeichert? b) Bitte öffnen Sie ein leeres CATPart und erstellen Sie den abgebildeten zusammengesetzten Volumenkörper. Bilden Sie möglichst viel Geometrie über Transformationsoperationen ab.

Übung 3.18: Skalieren, Symmetrie und Spiegeln erzeugen

3.15 Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen Ein Rechteck-, Kreis- oder Benutzermuster ist eine Transformationsoperation (Abschnitt 2.3), die einen einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper vervielfältigt. Das Ergebnis einer Vervielfältigung sind eine oder mehrere assoziative Kopien des Volumenkörpers. Ein Recheckmuster vervielfältigt einen Volumenkörper entlang einer oder zwei Geraden, ein Kreismuster auf einer Ebene um eine Rotationsachse. Ein Benutzermuster bildet eine Vervielfältigung in einer Ebene zu beliebigen Punkten der Ebene ab. In den folgenden Abschnitten ist beschrieben, wie ein Muster erzeugt wird und welche Besonderheiten hierbei zu berücksichtigen sind.

3.15.1 Parameter Die Parameter eines Rechteck-, Kreis- oder Benutzermusters sind dessen Elterngeometrie, Führungselemente und Vervielfältigungsinformation. Die Elterngeometrie beschreibt den einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper, der vervielfältigt wird. Als Elterngeometrie können ein Volumenkörper und dessen Operationen deklariert werden. Tabelle 3.191 gibt zwei Bespiele anhand eines Rechteckmusters. Die linke Spalte zeigt eine Elterngeometrie, die aus einem zusammengesetzten Volumenkörper mit zwei Elementen besteht. Im Beispiel der rechten Spalte ist die Elterngeometrie ein negativer Volumenkörper mit einer Verrundungsoperation. In beiden Fällen ist die Elterngeometrie in rosa Farbe dargestellt, die Kopien des Musters in brauner.

201

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.191: Beispiele für die Elterngeometrie eines Rechteckmusters

Mehrere Volumenkörper

Volumenkörper mit Operation

Ein Führungselement beschreibt, in welcher Richtung ein Muster orientiert ist (Tabelle 3.192). Bei einem Rechteckmuster sind dies ein oder zwei Geraden, welche die Reihen des Musters ausrichten (links). Ein Kreismuster verfügt als Führungselement über eine Achse, um die das Muster zentrisch orientiert ist (Mitte). Das Führungselement eines Benutzermusters ist eine Skizze mit Punkten, an denen die Kopien verankert sind (rechts). Die Führungselemente sind in allen drei Beispielen in grüner Farbe dargestellt. Die Elterngeometrie ist rosa und die Kopien sind braun eingefärbt. Tabelle 3.192: Beispiele für Führungselemente eines Rechteck-, Kreis- und Benutzermusters

Rechteckmuster

Kreismuster

Benutzermuster

Die Vervielfältigungsinformation beschreibt, wie ein Volumenkörper entlang seiner Führungselemente vervielfältigt wird. Hauptsächlich sind dies die Anzahl der Kopien und deren Abstände zueinander. Die Vervielfältigungsinformation wird während der Erzeugung oder Bearbeitung eines Musters durch grüne Zahlen und orangefarbene Drahtgeometrie dargestellt (Tabelle 3.193). Zusätzlich speichert die Vervielfältigungsinformation, ob eine Kopie aktiviert oder deaktiviert ist. Jede Kopie eines Musters verfügt über einen eigenen Aktivierungszustand. Die rechte Spalte von Tabelle 3.193 zeigt ein Rechteckmuster, in dem zwei Kopien deaktiviert sind.

202

3.15 Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen Alles aktiviert

Zwei Kopien deaktiviert

Tabelle 3.193: Rechteckmuster mit unterschiedlichen Aktivierungszuständen seiner Kopien

3.15.2 Interne Arbeitsweise von CATIA CATIA intern wird eine Operation „Rechteckmuster“ durch ein Objekt „RectPattern“, eine Operation „Kreismuster“ durch ein Objekt „CircPattern“ und eine Operation „Benutzermuster“ durch ein Objekt „UserPattern“ repräsentiert. Das Objekt „RectPattern“ speichert intern mehrere Eigenschaften, über die ein Rechteckmuster definiert ist (Tabelle 3.194). Dazu gehören die Elterngeometrie, die Führungselemente und die Vervielfältigungsinformation. Die Eigenschaft „Item to Copy“ speichert die Elterngeometrie. Über die Eigenschaft „Position Original“ ist festgelegt, an welcher Position im Muster die Elterngeometrie liegt. Die Eigenschaft „Rotation Angle“ speichert den Winkel, um den ein komplettes Muster um die Elterngeometrie gedreht ist. In den beiden Eigenschaften „Reference“ sind die Führungselemente für die erste und zweite Richtung abgelegt. Die Art einer Vervielfältigung entlang einer Richtung wird durch die Eigenschaften „Mode“ bestimmt. Sie legen fest, über welche Parameter ein Anwender die Vervielfältigungsinformation entlang eines Führungselementes definieren kann. Die Vervielfältigungsinformation ist durch die Eigenschaften „Instances Count“, „Length“ und „Spacing“ beschrieben. „Instances Count“ speichert die Anzahl der Elemente, „Length“ die Ausdehnung und „Spacing“ den Abstand zwischen zwei Kopien entlang einer Richtung. In Abhängigkeit der Eigenschaft „Mode“ sind immer nur zwei Parameter freigeschaltet. Der dritte Parameter wird berechnet (graue Felder). Im Standardfall sind alle Kopien eines Musters aktiviert. Die Liste „Deactivated Positions“ vermerkt die Kopien, die nicht berechnet werden sollen. Über die Eigenschaft „With Specification“ wird festgelegt, ob alle Spezifikationen der Elterngeometrie auch für die Kopien gelten. Werden die Spezifikationen nicht übernommen, wird nur die Hüllfläche der Elterngeometrie vervielfältigt. Das spart Speicherplatz, ist aber nicht immer ausreichend. Insbesondere, wenn z.B. mit automatischen Begrenzungen in der Elterngeometrie gearbeitet wird, sollte diese Spezifikation auch für die Kopien gelten.

203

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.194: Beispiel einer internen Speicherung einer Operation „Rechteckmuster“

Anwendersicht

Objekt „RectPattern“ Eigenschaft Inhalt Item to Copy Block.1, Kantenverrundung.1 With Specification

Nein

Reference

X-Achse

Mode

Exemplare Exemplare & Abs& Länge tand

Instances Count

1

2

Length

64 mm

100 mm

Spacing

64 mm

50 mm

Deactivated Positions

(2, 2)

Y-Achse

Position Ori- (1, 1) ginal Rotation Angle

0°

Tabelle 3.195 stellt eine Vervielfältigung mit und ohne Spezifikationsübernahme gegenüber. In beiden Fällen wird eine Tasche vervielfältigt, deren Begrenzungselemente über die Einstellung „Bis zum nächsten“ automatisch erstellt sind (Abschnitt 3.4.3.4). In der linken Spalte ist die Spezifikationsübernahme deaktiviert. Es wird nur die Hüllgeometrie vervielfältigt und abgezogen, so dass sich die Tiefe der Tasche im Muster nicht ändert. Die rechte Spalte zeigt die Vervielfältigung der Tasche mit Spezifikationsübernahme. Die Tiefe passt sich dem Volumenkörper an. Tabelle 3.195: Auswirkung der Spezifikationsübernahme der Elterngeometrie

204

Ohne Spezifikationsübernahme

Mit Spezifikationsübernahme

3.15 Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Rechteckmuster“ einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist ein Geometrieobjekt der Eigenschaften „Item to Copy“, „Reference 1“ oder „Reference 2“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann das Muster nicht berechnet werden. Beispiele für Fehlermeldungen gibt Abschnitt 3.15.4. Das Objekt „CircPattern“ verfügt über die gleichen Eigenschaften wie das Objekt „RectPattern“, mit dem Unterschied, dass Längenangaben durch Winkel ersetzt sind. Daneben besitzt es die zusätzliche Eigenschaft „Radial Alignment“. Die Eigenschaft legt fest, ob eine Kopie identisch wie die Elterngeometrie im Muster ausgerichtet ist oder ob eine Drehung der Kopie um die Achse erfolgt (Tabelle 3.196). Ohne radiale Ausrichtung

Mit radialer Ausrichtung

Tabelle 3.196: Auswirkung einer radialen Ausrichtung in einem Kreismuster

Das Objekt „UserPattern“ speichert fünf Eigenschaften, über die ein Benutzermuster definiert ist (Tabelle 3.197). Die Elterngeometrie ist in der Eigenschaft „Item to Copy“ abgelegt. Wie auch bei den anderen beiden Musterarten kann über die Eigenschaft „With Specification“ die Spezifikation der Elterngeometrie auf die Kopien übertragen werden. Die Lage der Kopien wird über die Eigenschaften „Feature to Locate Positions“ und „Anchor“ festgelegt. „Feature to Locate Positions“ markiert die Positionspunkte, an denen Kopien platziert werden. Die Kopien werden über den Ankerpunkt der Elterngeometrie ausgerichtet, indem der Ankerpunkt und ein Positionspunkt übereinandergelegt werden. Im Standardfall wird als Ankerpunkt implizit der Schwerpunkt der Elterngeometrie verwendet. Der Ankerpunkt kann explizit über die Eigenschaft „Anchor“ deklariert werden. Die fünfte Eigenschaft „Instances Count“ zeigt die Anzahl der Elemente im Muster an. Die Eigenschaft ist für einen Anwender nicht zugänglich und wird automatisch berechnet (graues Feld). Die interne Speicherung lässt unmittelbar den Rückschluss zu, wann eine Operation „Benutzermuster“ einen Definitions- oder Aktualisierungsfehler aufweisen kann. Ist das Geometrieobjekt der Eigenschaften „Item to Copy“, „Feature to Locate Positions“ oder „Anchor“ nicht mehr vorhanden oder ungeeignet, kann das Muster nicht berechnet werden. Beispiele für Fehlermeldungen gibt Abschnitt 3.15.4.

205

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.197: Beispiel einer internen Speicherung einer Operation „Benutzermuster“

Anwendersicht

Objekt „UserPattern“ Eigenschaft

Inhalt

Item to Copy

Bohrung.1

With Specification

Nein

Feature to Locate Positions

Skizze.3

Anchor

Schwerpunkt

Instances Count

5

3.15.3 CATIA-Befehle Dieser Abschnitt beschriebt die Schaltflächen und Dialoge, über die eine Operation „Rechteckmuster“, „Kreismuster“ und „Benutzermuster“ erzeugt wird. 3.15.3.1 Rechteckmuster Der Dialog zum erzeugen eines Rechteckmusters wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Rechteckmuster“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich ein Parameterfenster, in dem die Operation definiert wird (Bild 3.48). Bild 3.48: Parameterfenster der Operation „Rechteckmuster“

206

3.15 Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen Die Elterngeometrie wird im Feld „Objekt“ deklariert. Wurde der Dialog ohne eine Vorauswahl gestartet, verweist das Feld standardmäßig auf den Volumenkörper, der sich aktuell in Bearbeitung befindet. Ein Anwender kann dann nachträglich einen anderen einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper deklarieren. Sollen gezielt mehrere Volumenkörper und Operationen vervielfältigt werden, sind diese auszuwählen, bevor der Dialog über die Schaltfläche „Rechteckmuster“ gestartet wird. Die Elterngeometrie wird während der Erzeugung orangefarben hervorgehoben (Tabelle 3.198, links). In den Karten „Erste Richtung“ und „Zweite Richtung“ werden die Führungselemente und die Vervielfältigungsinformation definiert. Soll ein Muster nur eine Dimension besitzen, bleibt die zweite Karte unausgefüllt. Für jede Richtung wird das Führungselement im Feld „Referenzelement“ deklariert. Als Führungselement kann eine Ebene, Linie oder Kante verwendet werden. Um die Vervielfältigungsinformation zu definieren, stehen einem Anwender mehrere Felder und Möglichkeiten zur Verfügung: Über die Felder „Exemplare“, „Abstand“ und „Länge“ wird die Anzahl der Elemente im Muster und der Abstand zwischen ihren Schwerpunkten festgelegt. Es sind immer nur zwei Parameter freigeschaltet. Die Auswahl, welche Parameter verwendet werden, erfolgt über das Auswahlfeld „Parameter“. Die Option „Spezifikation beibehalten“ aktiviert, dass alle Kopien die Spezifikation der Elterngeometrie übernehmen (vgl. Tabelle 3.195). Die Option wird freigeschaltet, sobald ein anderer als der aktuelle Volumenkörper ausgewählt ist. Eine Deaktivierung der Option spart Speicherplatz. Über die Felder „Position des Objekts im Muster“ kann festgelegt werden, an welcher Stelle sich die Elterngeometrie im Muster befindet und um welchen Winkel das Muster um die Elterngeometrie gedreht ist. Im Beispiel von Tabelle 3.198 sind dies die Position (1, 1) und eine Drehung von null Grad. Definition

Ergebnis

Tabelle 3.198: Erzeugen einer Operation „Rechteckmuster“

Nicht alle Kopien müssen verwendet werden, die in der Vervielfältigungsinformation angelegt sind. Durch die Selektion ihres Schwerpunktes während der Definition des Musters kann eine Kopie deaktiviert werden. Die Drahtgitterdarstellung der Ko-

207

3 CATIA-Basiswissen pie wird dann ausgeblendet. Ein Schwerpunkt wird durch einen orangefarbenen Punkt dargestellt. Tabelle 3.198 zeigt eine deaktivierte Kopie an Position (2, 2). Soll bei großen Mustern zusätzlich Speicherplatz gespart werden, kann die Option „Vereinfachte Darstellung“ aktiviert werden. Eine Kopie kann anschließend durch einen Doppelklick auf ihren Schwerpunkt komplett aus dem Muster entfernt werden. Eine entfernte Kopie wird durch ein gestricheltes Drahtgitter dargestellt. Tabelle 3.198 zeigt eine entfernte Kopie an Position (3,1). 3.15.3.2 Kreismuster Der Dialog zum erzeugen eines Kreismusters wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Kreismuster“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich ein Parameterfenster, in dem die Operation definiert wird (Bild 3.49). Bild 3.49: Parameterfenster der Operation „Kreismuster“

Die Elterngeometrie wird im Bereich „Objekt für Muster“ analog eines Rechteckmusters deklariert (vgl. Abschnitt 3.15.3.1). Das Führungselement wird im Feld „Referenzelement“ festgelegt. Als Führungselement kann eine Zylinderfläche, Ebene, Linie oder gerade Kante verwendet werden. Im Fall einer Ebene ist die Rotationsachse die Senkrechte auf dem Ebenenursprung. Über die Schaltfläche „Umkehren“ kann die Orientierung des Führungselementes invertiert werden. Die Definition der Vervielfältigungsinformation erfolgt über die Karten „Axialreferenz“ und „Kranzdefinition“ sowie die rechten Bereiche des Definitionsfensters. Die Karte „Axialreferenz“ bezieht sich auf die Anzahl und Anordnung der Elemente um die Achse, die Karte „Kranzdefinition“ auf die Elemente senkrecht zur Achse. Die Vervielfältigungsinformation wird analog eines Rechteckmusters definiert und verfügt über die gleichen Möglichkeiten, ein Muster zu beschreiben (vgl. Abschnitt 3.15.3.1).

208

3.15 Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen Im Feld „Radiale Ausrichtung des Exemplars/der Exemplare“ wird festgelegt, ob eine Kopie um die Achse gedreht wird oder immer absolut wie die Elterngeometrie orientiert ist (Tabelle 3.196). Ein Beispiel für die Definition eines Kreismusters gibt Tabelle 3.199. Eine Bohrung soll gleichmäßig mit fünf Exemplaren und zwei Kränzen auf dem Umfang einer Scheibe vervielfältigt werden. Die Kränze sollen einen Kreisabstand von 20 mm besitzen. Die linke Bohrung des inneren Kranzes soll deaktiviert sein. Um das Muster zu erzeugen, wird in der Karte „Axialreferenz“ ein vollständiger Kranz mit fünf Elementen definiert und in der Karte „Kranzdefinition“ zwei Kränze mit einem Abstand von 20 mm festgelegt. Die linke Kopie auf dem ersten Kranz wird über eine Selektion ihres Schwerpunktes deaktiviert. Definition

Ergebnis

Tabelle 3.199: Erzeugen einer Operation „Kreismuster“

3.15.3.3 Benutzermuster Der Dialog zum Erzeugen eines Benutzermusters wird durch eine Selektion der Schaltfläche „Benutzermuster“ der Symbolleiste „Transformationskomponenten“ gestartet. Es öffnet sich ein Parameterfenster, in dem die Operation definiert wird (Bild 3.50). Bild 3.50: Parameterfenster der Operation „Benutzermuster“

209

3 CATIA-Basiswissen Die Elterngeometrie wird im Feld „Objekt“ deklariert. Standardmäßig wird der aktuell in Bearbeitung befindliche Volumenkörper vervielfältigt. Sollen andere Element als Elterngeometrie definiert werden, ist analog der Festlegung der Elterngeometrie eines Rechteckmusters zu verfahren (vgl. Abschnitt 3.15.3.1). Als Führungselement wird eine Skizze verwendet, die im Feld „Positionen“ deklariert wird. Die Skizze darf als Konstruktionselemente (Abschnitt 3.3) nur Punkte beinhalten. Die Kopien werden auf den Punkten so platziert, dass sich Punkt und Schwerpunkt der vervielfältigten Geometrie decken. Über das Feld „Anker“ kann ein anderer Ankerpunkt als der Schwerpunkt bestimmt werden. Die Kopien werden während der Definition an den Punkten des Führungselementes durch orangefarbene Drahtgeometrie dargestellt (Tabelle 3.200, links). Die Vervielfältigungsinformation eines Benutzermusters ist implizit im Führungselement enthalten. Die Anzahl der Elemente im Muster wird daher automatisch berechnet und im Feld „Anzahl“ angezeigt. Im Beispiel von Tabelle 3.200 beträgt die Anzahl sechs Exemplare. Über die Option „Spezifikation beibehalten“ kann die Spezifikation der Elterngeometrie auf die Kopien übertragen werden (vgl. Tabelle 3.195). Wie auch bei den anderen beiden Mustern können einzelne Kopien durch eine Selektion des Ankerpunktes während der Definition des Musters deaktiviert werden. Tabelle 3.200: Erzeugen einer Operation „Benutzermuster“

Definition

Ergebnis

3.15.4 Fehlermeldungen und deren Ursachen Eine Operation „Rechteckmuster“, „Kreismuster“ oder „Benutzermuster“ benötigt zu ihrer Definition zum einen ein Führungselement oder einen Ankerpunkt, zum anderen eine zu vervielfältigende Geometrie (vgl. Abschnitt 3.15.2). Ist eines der Elemente fehlerhaft, kann das dazu führen, dass auch die Berechnung der Operation nicht möglich ist. In den folgenden Abschnitten sind häufige Fehlermeldungen und deren Ursachen beschrieben.

210

3.15 Rechteck-, Kreis- und Benutzermuster erzeugen 3.15.4.1 „Parameter nicht zulässig (Parameters not valid)“ Wird ein Volumenkörper eines Körpers gelöscht, der ein Muster enthält, oder eine Geometrie geändert, die in einer Operation „Rechteckmuster“ oder „Kreismuster“ als Führungselement deklariert ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: „Diese Parameter sind nicht zulässig.“ „These parameters are not valid.“

Deutsch Englisch

Eine Fehlerursache ist, dass durch die Änderung des Volumenmodells eine Kante oder Linie entfallen ist, die als Führungselement eines Rechteck- oder Kreismusters deklariert wurde (Tabelle 3.201, links). In einigen Fällen kann es ausreichen, um den Fehler auszulösen, dass eine Linie in der Skizze eines Volumenkörpers gelöscht und dann wieder neu gezeichnet wird (vgl. Abschnitt 4.1.1). Wird das Muster editiert und das Führungselement neu deklariert, ist der Fehler behoben und die Operation kann berechnet werden (Tabelle 3.201, rechts). Fehlerursache

Lösung

Durch eine Änderung ist ein Führungselement des Rechteckmusters entfallen (gelbe Kante).

Das Muster wird editiert und das Führungselement neu deklariert.

Tabelle 3.201: Beispiel eines Fehlers „Parameter nicht zulässig“, Ursache 1

Eine zweite Fehlerursache kann sein, dass der interne Zeiger der zu vervielfältigenden Geometrie eines Rechteck-, Kreis- oder Benutzermusters auf eine ungültige Geometrie zeigt. Ein Beispiel für eine ungültige Geometrie ist ein Körper, der nur 2DGeometrie enthält (Tabelle 3.202, links). Der Fehler tritt dann auf, wenn alle Volumenkörper eines Körpers oberhalb der Operation gelöscht worden sind. War der Löschvorgang gewollt, sollte die fehlerhafte Operation auch gelöscht werden, da diese ohne Geometrie nicht mehr sinnvoll ist. Ansonsten können über die Schaltfläche „Widerrufen Löschen“ die gelöschten Elemente wiederhergestellt und der Löschvorgang abschließend gewissenhaft wiederholt werden (Tabelle 3.202, rechts).

211

3 CATIA-Basiswissen Tabelle 3.202: Beispiel eines Fehlers „Parameter nicht zulässig“, Ursache 2

Fehlerursache

Lösung

Durch einen Löschvorgang wurde sämtliche 3D- Der Löschvorgang wird rückgängig gemacht. Geometrie oberhalb der Operation entfernt.

3.15.4.2 „Anzahl umfasst nur das Originalobjekt (Number includes only original object)“ Wird eine Skizze geändert, die in einer Operation „Benutzermuster“ als Führungselement deklariert ist, kann folgender Fehler gemeldet werden: Deutsch

Englisch

„Die Anzahl der Exemplare umfasst nur das Originalobjekt für Muster. Anzahl der Exemplare erhöhen.“ „The number of instances includes only the original object to pattern. You must increase the number of instances.“ Die Fehlerursache ist, dass durch die Änderung alle Punkte gelöscht wurden, die als Anker für eine Kopie dienen könnten (Tabelle 3.203, links). Wird die Skizze editiert und die entfallenen Punkte neu erzeugt, ist auch das Benutzermuster wieder definiert (Tabelle 3.203, rechts).

Tabelle 3.203: Beispiel eines Fehlers „Anzahl umfasst nur Originalobjekt“

Fehlerursache

Lösung

Durch eine Änderung sind alle Punkte im Füh- Die Skizze wird editiert und die entfallenen rungselement des Benutzermusters entfallen. Punkte hinzugefügt.

212

3.16 Konstruktionsbaum ordnen 3.15.5 Übung Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 3.19

Lösungsblatt 3.19

Dauer 40 min

a) Bitte füllen Sie die Tabelle aus: Über welche Parameter verfügen ein Kreis-, Rechteck- oder Benutzermuster? Welche Geometrieelemente oder Informationen werden gespeichert? b) Bitte öffnen Sie ein leeres CATPart und erstellen Sie den abgebildeten zusammengesetzten Volumenkörper.

Übung 3.19: Kreis-, Rechteck- und Benutzermuster erzeugen

3.16 Konstruktionsbaum ordnen Ein Element eines Konstruktionsbaumes (Abschnitt 2.1) kann innerhalb des Konstruktionsbaumes neu angeordnet werden, soweit es die internen Abhängigkeiten eines CATParts zulassen. Das Element erhält durch die Neuanordnung eine neue Position im Konstruktionsbaum. In diesem Abschnitt ist dargestellt, wie eine Neuanordnung vorgenommen wird und welchen Einschränkungen eine Neuanordnung unterliegt.

3.16.1 Interne Arbeitsweise von CATIA Durch eine Neuanordnung wird ein Element in der internen Elementliste eines Körpers auf einen höheren oder niederen Rang verschoben. Die Definition des Elementes wird dabei nicht geändert. Die Elementliste eines Körpers ist für einen Anwender durch den Konstruktionsbaum sichtbar (Tabelle 3.204, links). Intern speichert CATIA die Volumenkörper und Operationen eines Körpers in einem Listenobjekt des Typs „Shapes“ ab. Jedem Element der Liste ist jeweils eine Rangnummer zugeordnet. Die rechte Spalte von Tabelle 3.204 zeigt, wie der Konstruktionsbaum der linken Spalte intern von CATIA aufgelöst und gespeichert ist. Prinzipiell könnte ein Element auf allen Rängen einer Elementliste angeordnet werden. Durch die internen geometrischen Abhängigkeiten (Abschnitt 4.1) eines Elementes werden die Möglichkeiten einer Neuanordnung allerdings eingeschränkt. Ein Element kann in der Regel nämlich nicht oberhalb seiner Elterngeometrie angeordnet werden. Über den Befehl „Tools /Übergeordnete /untergeordnete Elemente“

213

3 CATIA-Basiswissen des Kopfmenüs kann die Abhängigkeitskette eines Elementes in einem Fenster „Übergeordnet und Untergeordnet“ angezeigt werden. Die Elterngeometrie wird links von dem Element abgebildet. Tabelle 3.204: Beispiel der internen Speicherung einer Elementliste eines Körpers

Anwendersicht

Elementliste (Listenobjekt „Shapes“) Körper

Rang

Objekt

MainBody

1

Pad.1

2

ConstRadEdgeFillet.1

3

Pad.2

4

ConstRadEdgeFillet.2

5

ConstRadEdgeFillet.3

6

ConstRadEdgeFillet.4

Bild 3.51 gibt hierzu ein Bespiel anhand der „Kantenverrundung.3“ aus Tabelle 3.204. Die „Kantenverrundung.3“ besitzt als Elterngeometrie den „Block.2“. Die „Kantenverrundung.3“ kann somit minimal den vierten Rang im Konstruktionsbaum erhalten, da „Block.2“ an dritter Position angeordnet ist (Tabelle 3.204, rechts). Bild 3.51: Beispiel für die Darstellung der Abhängigkeitskette eines Elementes

3.16.2 CATIA-Befehle Um ein Element neu anzuordnen, wird im Konstruktionsbaum über die rechte Maustaste das Kontextmenü des Elementes aufgerufen. An der untersten Position des Kontextmenüs befindet sich ein Eintrag, der das CATIA-Objekt des Elementes repräsentiert. Das CATIA-Objekt wird im zweiten Schritt ausgewählt und in dessen Kontextmenü der Befehl „Neu anordnen“ selektiert (Tabelle 3.205).

214

3.16 Konstruktionsbaum ordnen Es öffnet sich ein Dialogfenster, über das ein Anwender ein Element des Konstruktionsbaumes deklarieren kann, hinter dem das neu anzuordnende Element platziert werden soll. Alle Elemente, die aufgrund der internen Abhängigkeitskette des anzuordnenden Elementes nicht selektiert werden dürfen, sind gelb hinterlegt. Im Feld „Nach“ wird das Element deklariert, hinter dem die Anordnung erfolgen soll. Es wird dann unterstrichen im Konstruktionsbaum dargestellt (Tabelle 3.206, links). Über die Schaltfläche „OK“ wird der Vorgang abgeschlossen und die Neuanordnung durchgeführt (Tabelle 3.206, rechts). Vorher

Tabelle 3.205: „Neu anordnen“ aufrufen

Kontextmenü

Dialogfenster

Ergebnis

Tabelle 3.206: Neue Position definieren

215

3 CATIA-Basiswissen 3.16.3 Übung Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 3.20: Konstruktionsbaum ordnen

Aufgabenblatt 3.20

Lösungsblatt 3.20

Dauer 20 min

216

Es sei die abgebildete Ausgangssituation gegeben. Der Konstruktionsbaum soll so geordnet werden, dass die Ausformschrägen und Kantenverrundungen unmittelbar im Konstruktionsbaum ihrem zugehörigen Volumenkörper folgen. Eine Ausformschräge soll im Rang vor einer Kantenverrundung stehen. Bitte skizzieren Sie den optimierten Konstruktionsbaum.

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Wenn ein Anwender die grundlegende Funktionalität von CATIA V5 beherrscht, wie diese in Kapitel 3 dargestellt ist, verfügt er über die notwendigen Voraussetzungen, in das Wissensgebiet der CAD-Funktionsmethodik von CATIA V5 vorzudringen. Eine CAD-Funktionsmethodik beschreibt, wann, wie und warum eine CADFunktion verwendet wird. Sie hilft damit einem Anwender, seine geometrischen Ideen so zu verwirklichen, dass er erstens sein konstruktives Ziel erreicht und zweitens die Geometrie bei Änderungen modifizieren kann. Der Anwender erhält somit eine Hilfestellung, aus vielen möglichen Wegen den für seine Aufgabe optimalen auszuwählen. Aus diesem Ziel lassen sich drei Anforderungen an eine CAD-Funktionsmethodik ableiten: Eine CAD-Funktionsmethodik muss zu einem übersichtlichen, einfachen und mathematisch stabilen CAD-Modell führen. In einem übersichtlichen CAD-Modell kann sich ein Anwender, der das Modell nicht kennt, schnell zurecht finden. Es werden Volumenkörper oder Operationen verwendet, die für den jeweiligen Einsatzzweck am besten geeignet sind. Volumenkörper und Operationen werden in Körpern so gruppiert, dass ein nachvollziehbarer Konstruktionsbaum entsteht. Ein einfaches CAD-Modell verfügt nur über geometrische Elemente, die wirklich notwendig sind. Geometrischer Ballast wird vermieden. Es werden Geometrieelemente verwendet, die einfache interne Abhängigkeitsketten zwischen Eltern- und Kindgeometrie erzeugen. Beides führt bei einer geeigneten Anordnung der geometrischen Elemente im Konstruktionsbaum zu einer stabilen mathematischen Beschreibung des CADModells. Ein CAD-Modell ist mathematisch stabil, wenn eine geometrische Änderung berechnet werden kann, ohne dass Geometrieelemente auf einen Aktualisierungsfehler laufen, weil sie nicht mehr korrekt definiert sind. Einfach und übersichtlich

Komplex und unübersichtlich

Tabelle 4.1: Beispiel eines übersichtlichen und einfachen CADModells

217

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Tabelle 4.1 zeigt an einem Beispiel, wie durch ungeeignete Volumenkörper, geometrischen Ballast und komplexe Strukturierung eine Geometrie und deren Konstruktionsbaum schnell unübersichtlich werden können. In beiden Fällen ist die Hüllgeometrie des Ergebnisses dieselbe. In den folgenden Abschnitten werden Regeln und methodische Tipps aufgeführt, mit denen ein übersichtliches, einfaches und mathematisch stabiles Volumenmodell erzeugt werden kann.

4.1

CATIA-Datenmodell und Abhängigkeitsketten

Das CATIA-Datenmodell beschreibt, wie CATIA intern die Hüllgeometrie eines Volumenmodells definiert ist. Die Hüllgeometrie wird häufig auch als „Boundary Representation“ (BRep) bezeichnet und bildet die Oberflächengeometrie eines Volumenkörpers ab. Über das CATIA-Datenmodell erschließen sich einem Anwender wertvolle Hinweise, mit welchen Elementen CATIA intern arbeitet und welche Abhängigkeitsketten bei der Verwendung einer Funktion entstehen. Eine Abhängigkeitskette stellt die Abhängigkeit eines Geometrieelementes von seinen geometrischen Eingangselementen dar. Da sich ein Geometrieelement ändert, wenn eines seiner Eingangselemente geändert wird, ist die Kenntnis der Abhängigkeitsketten von CATIA entscheidend für eine änderungsfreundliche Konstruktionsweise und somit ein einfaches und mathematisch stabiles CAD-Modell.

4.1.1

CATIA-Datenmodell

Ein Volumenkörper wird durch eine oder mehrere Skizzen oder Flächen definiert, seiner Elterngeometrie. Aus der Elterngeometrie und den Parametern des Volumenkörpers berechnet CATIA dessen Hüllgeometrie. Wesentliche Elemente der Hüllgeometrie sind die Teilflächen (Faces), Kanten (Edges) und Scheitelpunkte (Vertices) des Volumenkörpers . Ein Scheitelpunkt (Vertex) ist ein Punkt auf einer Kante und markiert deren Endpunkte, sofern ein Anwender nicht zusätzliche Scheitelpunkte definiert hat. Die Teilflächen, Kanten und Scheitelpunkte dienen wiederum als Eingangselemente für eine Operation. Bild 4.1: Beispiel der Elemente des CATIA-Datenmodells

218

4.1 CATIA-Datenmodell und Abhängigkeitsketten Bild 4.1 zeigt wichtige Elemente des CATIA-Datenmodells am Beispiel eines skizzenbasierten Volumenkörpers. Die Elterngeometrie des Volumenkörpers ist rosa dargestellt, dessen Teilflächen hellblau und gelb. Die gelbe Fläche markiert die Deckfläche des Volumenkörpers, die hellblauen die Seitenflächen. Die Kanten sind türkis hervorgehoben. Jede Kante verfügt über zwei Scheitelpunkte, die rot eingefärbt sind. Während ein Anwender die Elterngeometrie als die Eingangselemente eines Volumenkörpers betrachtet, wird im CATIA-Datenmodell eine feinere Unterscheidung vorgenommen. Ein Geometrieelement der Elterngeometrie wird dazu verwendet, eine Seitenfläche des Volumenkörpers abzuleiten. Damit wird ein Element der Elterngeometrie zu einem Eingangselement einer Seitenfläche. Eine Deckfläche hat als Eingangselemente die Begrenzungselemente des Volumenkörpers (Abschnitt 3.4.1). Sie legen fest, wo sich eine Deckfläche befindet. Im Beispiel des in Bild 4.1 dargestellten Blockes ist jede Linie der Skizze ein Eingangselement für eine Seitenfläche. Die beiden Deckflächen sind nur von den Begrenzungselementen des Blockes abhängig. Als Analogie kann man sich vorstellen, die Linien der Skizze würden extrudiert, um die Seitenflächen zu erzeugen. Die Deckflächen entstünden durch einen Beschnitt der Begrenzungselemente mit den Seitenflächen. Im CATIA-Datenmodell wird diese Abhängigkeit gespeichert (Tabelle 4.2). Geometrieelemente (Auswahl)

CATIA-Datenmodell (Auswahl) Element

Eingangselemente

Teilfläche.1

Skizze.Linie.1

Deckfläche.1

Begrenzungselemente am Limit 1

Kante.1

Deckfläche.1, Teilfläche.1

Tabelle 4.2: Beispiel des CATIADatenmodells eines Blockes

Scheitelpunkt.1 Kante.1, Ratio 0 (Parameter) Scheitelpunkt.2 Kante.1, Ratio 1 (Parameter)

Teilflächen werden gegeneinander beschnitten und durch Kanten abgegrenzt. Eine Kante hat somit als Eingangselemente die zwei Teilflächen, deren Beschnitt die Kante ergibt. Ein Scheitelpunkt wird durch eine Kante und einen Parameter beschrieben, der das Verhältnis aus der Kantenlänge und dem Abstand von Kantenstartpunkt und Scheitelpunkt angibt. Das Eingangselement eines Scheitelpunktes ist daher eine Kante.

219

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Die Elemente einer Hüllgeometrie bauen hierarchisch aufeinander auf. Jedes Element ist abhängig von seinen Eingangselementen, so dass sich bei einem einfachen Block schon ein komplexes internes Datenmodell entwickelt. Tabelle 4.2 gibt hierzu ein Beispiel. Es seien die vordere Teilfläche und die Deckfläche eines Blockes betrachtet sowie die Kante und deren Scheitelpunkte, die zwischen den beiden Teilflächen besteht. Die vordere Teilfläche ist unmittelbar von einer Linie der Elterngeometrie des Blockes abhängig. Da eine Kante wiederum von zwei Teilflächen und Scheitelpunkte wiederum von einer Kante abhängig sind, ist die eine Linie ein Bestandteil der Abhängigkeitsketten der vorderen Teilfläche, der Kante und der beiden Scheitelpunkte. Würde die Linie in der Skizze des Blockes gelöscht, wären diese vier Elemente nicht mehr korrekt definiert und bekämen neue interne Bezeichnungen.

4.1.2

Abhängigkeitsketten

Die Abhängigkeitskette eines Geometrieelementes legt fest, wie stabil das Element definiert ist. Generell gilt, dass eine kurze Abhängigkeitskette mit wenigen Elementen die mathematische Stabilität eines Elementes erhöht. Dies gilt auch für die Elemente der Hüllgeometrie eines Volumenkörpers und die Operationen, die darauf angebracht sind. Ein Element der Hüllgeometrie eines Volumenkörpers ist um so anfälliger für eine Störung, je tiefer es in der Abhängigkeitskette des CATIA-Datenmodells steht. Eine Übersicht der Abhängigkeitsketten eines kontur- und flächenbasierten Volumenkörpers gibt Tabelle 4.3. Der Beginn einer Abhängigkeitskette beider Volumenkörperarten ist in der Regel eine Skizze, da die meisten Flächen wiederum eine Skizze als Eingangselement besitzen. Eine Skizze, die auf einem Ursprungselement oder einer Steuergeometrie (Abschnitt 4.3) basiert, ist sehr stabil, wenn keine Bezüge auf andere Geometrieelemente definiert sind. Wenn eine Skizze auf einer Teilfläche oder Fläche basiert, ist sofort ersichtlich, dass sich deren mathematische Stabilität verringert, da die Skizze nicht mehr definiert ist, wenn die Teilfläche oder Fläche entfällt. Wird ein flächenbasierter Volumenkörper verwendet, so folgt in der Anhängigkeitskette auf die Skizze mindestens eine Fläche. Ein flächenbasierter Volumenkörper kann mehrere Skizzen und Flächen besitzen, was sich entsprechend negativ auf seine Stabilität auswirkt. Der Elterngeometrie folgen in der Abhängigkeitskette entsprechend des CATIADatenmodells die Teilflächen und Kanten eines Volumenkörpers. Ein Scheitelpunkt zeichnet sich durch die geringste Stabilität aus, da er auf einer Kante und damit auf zwei Teilflächen basiert. Eine Operation basiert auf einer oder mehreren Kanten oder Teilflächen eines Volumenkörpers. Eine Kantenoperation ist immer etwas instabiler als eine Flächenoperation, da diese bei einer gleichen Anzahl der Eingangsparameter mehr interne Bezugselemente besitzt. Generell gilt, je mehr Eingangsparameter eine Operation besitzt, desto ausgeprägter ist der Effekt.

220

4.1 CATIA-Datenmodell und Abhängigkeitsketten Element

(+) Hoch

Skizzenbasierter Volumenkörper

Skizze

Flächenbasierter Volumenköper

Skizze

Operation

Mathematische Stabilität

Fläche

Gering (-)

Teilfläche

Kante

Scheitelpunkt

Teilfläche

Kante

Scheitelpunkt

Flächenoperation

Kantenoperation

Tabelle 4.3: Abhängigkeitskette von CATIA V5

Eine Grobdarstellung der Abhängigkeitskette eines Volumenkörpers oder einer Operation kann in CATIA in einem Fenster „Übergeordnet und Untergeordnet“ angezeigt werden (Bild 4.2). Das Fenster wird geöffnet, indem über einem Element im Konstruktionsbaum die rechte Maustaste gedrückt und im Kontextmenü der Befehl „Übergeordnete /Untergeordnete Elemente“ ausgewählt wird. Es öffnet sich das Fenster „Übergeordnet und Untergeordnet“, in dem das ausgewählte Element mit seinen Eingangselementen dargestellt wird. In dem Fenster kann über die rechte Maustaste der Befehl „Alle übergeordneten Elemente anzeigen“ aufgerufen und die komplette Abhängigkeitskette aufgeblättert werden. Das Beispiel aus Bild 4.2 zeigt die vollständige Abhängigkeitskette eines Blockes, der auf einer Skizze basiert. Die Skizze wurde direkt auf der XY-Ebene erstellt. Auf dem Block sind zwei Operationen angebracht. Eine Anhängigkeit zwischen den beiden Operationen „Kantenverrundung“ und „Aufmaß“ wird nicht angezeigt, obwohl diese im internen Datenmodell vorhanden ist. Die zugehörige 3D-Geometrie und deren Konstruktionsbaum können der linken und mittleren Spalte von Tabelle 4.4 entnommen werden. Bild 4.2: Beispiel der Grobdarstellung einer Abhängigkeitskette

Wird in einer Skizze eine 2D-Geometrie gelöscht, hat dies weitreichende Folgen auf die Hüllgeometrie eines Volumenkörpers und dessen Operationen. Auch wenn das 2D-Element neu gezeichnet wird, verändern sich die internen Bezeichnungen der betroffenen Teilflächen, Kanten und Scheitelpunkte. Tabelle 4.4 gibt hierzu ein Beispiel: Die rot dargestellte Linie wird gelöscht und neu gezeichnet. Dadurch ergeben sich folgende Auswirkungen:

221

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps 1.

Die vordere Teilfläche erhält einen neuen Bezeichner. Die alte wird von CATIA verworfen.

2.

Die Flächenoperation „Aufmaß“ ist dadurch nicht mehr definiert, da ihr Eingangselement nicht gefunden wird.

3.

Die Kantenoperation „Kantenverrundung“ ist nicht mehr definiert, da die Kante nicht mehr gefunden wird.

In einigen Fällen ist der Rechenalgorithmus von CATIA in der Lage, diese Bezüge selbst zu reparieren. Ist das nicht der Fall, muss ein Anwender manuell eingreifen und die unterbrochene Abhängigkeitskette durch gültige Geometrieelemente schließen. Tabelle 4.4: Austausch einer Linie in der Skizze

Vorher

4.1.3

Austausch der roten Linie

Nachher

Methodische Tipps

Aus dem CATIA-Datenmodell und den Abhängigkeitsketten eines Volumenkörpers und einer Operation lassen sich folgende allgemeine methodische Tipps ableiten:

222

Tipp 1:

Volumenkörper und Flächen mit einer Skizze als Elterngeometrie, die auf einer Ursprungsebene beruht, sind besonders stabil. Generell sollten Ursprungsebenen bei der Erstellung und Definition einer Geometrie vor allen anderen Elementen den Vorrang haben. Wird eine Steuergeometrie (Abschnitt 4.3) eingesetzt, kann diese wie die Ursprungselemente verwendet werden.

Tipp 2:

Geometrische Bezüge sollten vermieden werden, wenn diese nicht benötigt werden. Flächen oder Teilflächen sind bei der Definition eines geometrischen Bezuges einer Kante oder einem Scheitelpunkt vorzuziehen.

4.2 Strukturierung eines Volumenmodells Tipp 3:

Die Abhängigkeitsketten eines Volumenmodells sollten kurz gehalten werden. Kurze Abhängigkeitsketten führen zu einem flachen Abhängigkeitsnetz. Eine kurze Kette entsteht, wenn die Bezüge einer Geometrie auf die Ursprungselemente oder Steuergeometrie (Abschnitt 4.3) verweisen. Wird eine Kontur erzeugt, sollten sich Bedingungen auf die Achsen der Skizze oder Elemente in der Skizze beziehen.

Tipp 4:

Die Abhängigkeitskette eines Volumenkörpers oder einer Operation sollte schmal gehalten werden. Eine schmale Kette entsteht, wenn ein Element nur wenige Eingangselemente besitzt (z.B. nicht alle Kanten in einer Verrundungsoperation erzeugen).

4.1.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 4.1

Lösungsblatt 4.1

Dauer 30 min

4.2

a) Bitte beschriften Sie an den markierten Stellen, welche internen Elemente der BRep des Volumenkörpers an die vordere linke Kante angrenzen.

Übung 4.1: CATIA-Datenmodell und Abhängigkeitsketten

b) Bitte tragen Sie in der linken Spalte der Tabelle die Elemente aus a) ein und beschreiben Sie in der rechten Spalte deren Abhängigkeiten. c) Von welchen Elementen wäre eine konstante Kantenverrundung abhängig, die auf der vorderen linken Kante angebracht ist?

Strukturierung eines Volumenmodells

Strukturieren bedeutet, etwas nach einem Schema zu ordnen. Die Strukturierung eines Volumenmodells beschreibt das Schema, mit dem ein Volumenmodell geordnet werden kann, um einem Anwender ein übersichtliches CAD-Modell zu bieten. Einen sehr hohen Einfluss auf die Übersichtlichkeit eines Volumenmodells hat die Grobstruktur des Konstruktionsbaumes. Die Grobstruktur wird durch die Anzahl und Anordnung der Körper des Volumenmodells bestimmt. Die Anzahl und die Anordnung der Körper wird davon beeinflusst, ob ein Anwender nach dem Prinzip der Dekomposition oder des Schnitzens vorgeht.

223

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Das Prinzip der Dekomposition bedeutet ein Zerlegen einer Geometrie in kleinere Untergeometrien. Ein Körper beschreibt in diesem Fall eine Teilgeometrie des Gesamten. Das Prinzip der Dekomposition sollte im oberen Bereich eines Konstruktionsbaumes verwendet werden, um die Grobgeometrie eines Volumenmodells zu beschreiben. Bei der Konstruktion eines spanend hergestellten Bauteils wird dessen Rohteil oder Halbzeug über das Prinzip der Dekomposition modelliert. Wird das Prinzip des Schnitzens angewendet, wird von einer Grobgeometrie oder einem Rohteil durch Abzugskörper die Fertiggeometrie erzeugt. Ein Körper beschreibt in diesem Fall einen Abzugskörper. Das Prinzip des Schnitzens wird im unteren Bereich eines Konstruktionsbaumes verwendet, um entweder eine Grobgeometrie zu verfeinern oder spanende Bearbeitungsoperationen abzubilden. Beide Prinzipien sollten in einem Volumenmodell kombiniert angewendet werden, um zum einen die Komplexität einer Volumenmodellierung zu reduzieren und zum anderen eine übersichtliche Grobstruktur des Konstruktionsbaumes zu erhalten (Bild 4.3). Bild 4.3: Gleichzeitige Verwendung der Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens

4.2.1

Prinzip der Dekomposition

Ziel der Dekomposition ist es, kleine und überschaubare Geometrieeinheiten zu identifizieren, die vereinigt das Rohteil oder die Grobgeometrie eines Bauteils bilden. Um das Rohteil oder die Grobgeometrie zu erhalten, wird in folgenden Schritten vorgegangen: 1.

Zerlegen: Das Bauteil wird gedanklich in untergeordnete Geometrieeinheiten zerlegt. Bei einem spanend hergestellten Bauteil wird von dem Rohteil ausgegangen. Handelt es sich bei dem Volumenmodell um einen Hohlkörper oder eine schalenförmige Geometrie, ist mindestens eine untergeordnete Geometrieeinheit das Innenteil.

2. Modellieren: Jede Geometrieeinheit wird in einem separaten Körper modelliert. Eine Geometrieeinheit setzt sich aus mehreren Volumenkörpern und Operatio-

224

4.2 Strukturierung eines Volumenmodells nen zusammen, deren Ergebnis möglichst nahe an der Fertiggeometrie liegen sollte. Um eine stabile mathematische Beschreibung der Geometrie und kurze, schmale Abhängigkeitsketten zu erhalten, sollte möglichst kein Bezug zwischen zwei Körpern und deren Geometrie aufgebaut werden (vgl. Abschnitt 4.1.2). Bezüge auf Volumenkörper innerhalb eines Körpers, der eine Geometrieeinheit beschreibt, sind erlaubt. Handelt es sich bei einer Geometrieeinheit um das Innenteil eines Hohlkörpers oder einer schalenförmigen Geometrie, werden negative Volumenkörper verwendet. 3. Zusammenbauen: Die Körper werden durch boolsche Operationen zusammengebaut und einem Körper zugeordnet, der entweder die Fertig- oder Grobgeometrie repräsentiert (Bild 4.3, oben). 4. Verfeinern: Die Übergänge zwischen den Geometrieeinheiten werden eventuell durch Operationen wie Verrundungen verfeinert. Das Prinzip der Dekomposition soll am Beispiel des Rohteils eines Hebels veranschaulicht werden: Das Rohteil setze sich aus zwei Augen und einem Verbindungselement zusammen, das zwecks Gewichtsersparnis mit zwei Taschen versehen sei (Tabelle 4.5, rechts). Konstruktionsbaum

Rohteil

Tabelle 4.5: Beispiel eines Rohteils

Als untergeordnete Geometrieeinheiten bietet es sich an, die zwei Augen und das Verbindungselement zu wählen. Die Taschen werden dem Verbindungselement zugeordnet. Es ist nicht sinnvoll, hier eine weitere Unterteilung über Körper vorzunehmen, da ein Unterelement aus mehreren Volumenkörpern und Operationen bestehen darf und auch soll! Die geometrischen Untereinheiten werden so modelliert, dass sie möglichst nahe an der Rohteilgeometrie liegen (Tabelle 4.6). Das Verbindungselement wird nicht vollständig verrundet, da eine festigkeitsgerechte Anbindung der Augen an das Verbindungselement erst nach einer Vereinigung der Körper möglich ist.

225

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Die Körper werden durch boolsche Operationen des Typs „Zusammenbauen“ vereinigt und einem Körper „Rohteil“ zugeordnet. Die Übergänge zwischen den Geometrieeinheiten werden durch Kantenverrundungen verfeinert (Tabelle 4.5, links). Tabelle 4.6: Untergeordnete Geometrieeinheiten des Rohteils (Körper)

Auge 1 und 2

Verbindung

CATIA berechnet bei vielen Operationen die Hüllgeometrie des Ergebnisses dadurch, dass vorhandene Teilflächen der Ausgangsgeometrie aneinander beschnitten werden. Das gilt auch für die Operationen „Zusammenbauen“ und „Kantenverrundung“. Die mathematische Stabilität und damit die Änderungsfreundlichkeit eines Volumenmodells wird verbessert, wenn sich die Hüllgeometrien zweier Körper durchdringen. Auf diese Weise ist ein Beschnitt immer möglich, da die Ausgangsflächen eine ausreichende Größe besitzen. Wird ein Körper durch eine geometrische Änderung geringfügig verschoben, ist noch genügend Material an den anderen Körpern vorhanden, um die Lücke zu füllen. Bild 4.4: Überlappung der Hüllgeometrien der Körper

Wenn Hüllgeometrien dagegen direkt auf Stoß modelliert werden, ist immer das Risiko gegeben, dass durch Flächenunregelmäßigkeiten kleine Lücken in der Hüllgeometrie eines Volumenmodells entstehen. Das kann besonders beim Datenaustausch zu Schwierigkeiten führen.

226

4.2 Strukturierung eines Volumenmodells Im Beispiel von Bild 4.4 ist die überschneidende Hüllgeometrie gelb dargestellt. Es ist deutlich zu sehen, dass das Verbindungselement in die Hüllgeometrie der beiden Augen hineinragt. Würde ein Auge nach außen verschoben, wäre genügend Material vorhanden, um keine Lücke entstehen zu lassen.

4.2.2

Prinzip des Schnitzens

Ziel des Schnitzens ist eine Verfeinerung einer Grobgeometrie oder eines Rohteils. Bevor geschnitzt wird, sollte immer eine Grobgeometrie über das Prinzip der Dekomposition erzeugt worden sein (Abschnitt 4.2.1). Häufig wird das Prinzip des Schnitzens verwendet, um die Bearbeitungsoperationen eines Bauteils zu erzeugen. Auf diese Weise wird eine prozessorientierte Modellierung des Volumenmodells erreicht, die es erlaubt, schnell ein Rohteil oder Zwischenstände der Fertigungskette aus dem fertigen CAD-Modell zu extrahieren (siehe auch Kapitel 5). Aber nicht nur die nachfolgende Prozesskette profitiert von diesem Vorgehen. Auch ein Anwender, der eine Geometrie modelliert, kommt auf diesem Weg zielgerichtet zu seiner Fertiggeometrie. Versuchte er, direkt das Fertigteil zu modellieren, würde CATIA zahlreiche halb abgeschnittene Verrundungen nicht berechnen können. Daher: Auch wenn ein Konstrukteur nicht weiß, wie das Bauteil gefertigt werden wird, sollte bei der Modellierung fertigungstechnisch gedacht werden. Der Konstruktionsbaum wird im unteren Bereich in diesem Fall nicht so ausführlich gegliedert sein und nicht die reale Fertigungskette abbilden. Aber es vereinfacht die Modellierung dennoch. Liegt eine Grobgeometrie oder ein Rohteil vor, wird das Prinzip des Schnitzens in folgenden Schritten ausgeführt: 1. Detaillieren: Eine Grobgeometrie wird an den Stellen über Abzugskörper detailliert, an denen eine Geometrieerzeugung über das Prinzip der Dekomposition nicht möglich ist. Es werden Volumenkörper mit negativem Vorzeichen verwendet. 2. Bearbeitungsoperationen: Im zweiten Schritt werden die Bearbeitungsoperationen modelliert. Jede Fertigungsstufe erhält einen eigenen Körper (Drehen, Fräsen, Bohren). Es werden Volumenkörper mit negativem Vorzeichen verwendet. 3. Zusammenbauen: Die Abzugskörper werden durch boolsche Operationen zusammengebaut und einem Körper zugeordnet, der die Gesamtbearbeitung repräsentiert. Die Gesamtbearbeitung wird von der Grobgeometrie oder dem Rohteil entfernt (Bild 4.3). Das Prinzip des Schnitzens soll am Beispiel des Hebels aus Abschnitt 4.2.1 dargestellt werden: Es liege das Rohteil eines Hebels mit zwei Augen vor, die über ein Verbindungselement verbunden seien (Tabelle 4.5, rechts). Das Fertigteil verfüge über Auflageflächen an und Durchgangsbohrungen in den Augen (Tabelle 4.7, rechts). An den Bearbeitungsstellen sei ein entsprechendes Aufmaß am Rohteil berücksichtigt. Schritt 1 entfällt, da das Rohteil vollständig modelliert vorliegt. Detaillierungen sind nicht notwendig.

227

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Im zweiten Schritt werden die Abzugskörper erzeugt. Hierbei wird in einem Körper die Fräsbearbeitung, in einem zweiten die Bohrbearbeitung abgebildet. Für die Volumenkörper der Fräsbearbeitung werden Taschen verwendet, für die der Bohrbearbeitung Bohrungen (Tabelle 4.8). Tabelle 4.7: Beispiel eines Fertigteils

Konstruktionsbaum

Fertigteil

Die Körper „Fräsbearbeitung“ und „Bohrbearbeitung“ werden durch boolsche Operationen „Zusammenbauen“ in einem Körper „Bearbeitung“ zusammengefasst und dieser vom Rohteil entfernt (Tabelle 4.7, links). Tabelle 4.8: Abzugskörper des Fertigteils

228

Fräsbearbeitung

Bohrbearbeitung

4.2 Strukturierung eines Volumenmodells 4.2.3

Methodische Tipps

Aus den vorangegangenen Abschnitten über die Strukturierung eines Volumenmodells lassen sich folgende allgemeine methodische Tipps ableiten: Tipp 1:

Um die Übersichtlichkeit eines Volumenmodells zu erhöhen, sollte mit mehreren Körpern gearbeitet werden. Die Grobgeometrie oder das Rohteil werden über das Prinzip der Dekomposition modelliert, Fertigungsoperationen über das Prinzip des Schnitzens. Detaillierungen an einer Grobgeometrie über Abzugskörper sollten nur vorgenommen werden, wenn eine Oberflächenbeschaffenheit nicht über das Prinzip der Dekomposition erreicht werden kann.

Tipp 2:

Die Geometrien der Körper, die zusammengebaut oder voneinander abgezogen werden, sollten sich möglichst durchdringen. Dadurch ist Material vorhanden, wenn an einem Körper eine geometrische Änderung erfolgt. Da die Rechenalgorithmen von CATIA häufig Flächen aneinander beschneiden, wird hierdurch mathematische Stabilität geschaffen. Dünne Volumenstückchen insbesondere bei geometrischen Subtraktionen werden vermieden, was die Datenqualität bei einem Datenaustausch verbessert.

Tipp 3:

Im Idealfall sind die Abhängigkeitsketten (Abschnitt 4.1.2) eines Körpers nicht mit denen eines anderen Körpers verknüpft. Die Körper sind dann mathematisch voneinander unabhängig. Dies wird erreicht, indem keine geometrischen Bezüge zwischen Körpern hergestellt werden. Abhängigkeiten zwischen Körpern sollten bevorzugt über eine Steuergeometrie (Abschnitt 4.3) erstellt werden.

229

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps 4.2.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 4.2: Strukturierung eines Volumenmodells

Aufgabenblatt 4.2

Lösungsblatt 4.2

Bitte zerlegen Sie die abgebildeten Geometrien in Körper gemäß der Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens. Zeichnen Sie die Körper auf einem zweiten Blatt. Aus welchen Volumenkörpern setzen sich die Körper zusammen? a) Rohteil eines Dreipunktlenkers

Dauer 30 min

4.3

b) Luftkanal

Definition der Steuergeometrie eines Volumenmodells

Eine Steuergeometrie ist eine parametrisierte Drahtgeometrie, welche die Hauptabmessungen eines Bauteils beschreibt. Zweck des Einsatzes einer Steuergeometrie ist es, ein Bauteil über die Parameter der Steuergeometrie ändern zu können, ohne einen Volumenkörper oder eine Operation zu editieren. Um diesen Zweck zu erreichen, müssen alle geometrischen Abhängigkeiten eines Volumenkörpers oder einer Operation auf die Steuergeometrie oder die Ursprungselemente bezogen sein. Ziel ist es also, eine Abhängigkeitskette möglichst immer auf die Steuergeometrie oder die Ursprungselemente zu beschränken, wenn Geometrie erzeugt wird oder Bedingungen definiert werden. Auf diese Weise wird die Steuergeometrie zu einer Art erweiterten Ursprungselementen, die in einer Abhängigkeitskette zwischen den Ursprungselementen und der Nutzgeometrie angeordnet sind (Bild 4.5). Im dargestellten Beispiel sei „Block.1“ eine Nutzgeometrie. Die komplette Abhängigkeitskette des Blockes bezieht sich auf die Ursprungselemente und die Steuergeometrie des Volumenmodells. Die beiden Ebenen der Steuergeometrie besitzen nur eine Abhängigkeit von den Ursprungselementen. Neben dem Vorteil, Hauptabmessungen einfach ändern zu können, führt dies gleichzeitig zu schmalen Abhängigkeitsketten (vgl. Abschnitt 4.1). Im Konstruktionsbaum sollte eine Steuergeometrie in einem geöffneten Körper erstellt werden, der auf der ersten Hierarchieebene angeordnet ist. Für alle Hauptabmessungen eines Bauteils werden zusätzlich Parameter definiert, damit diese für einen Anwender im Konstruktionsbaum sofort sichtbar sind. Über Formeln werden die Parameter mit der Steuergeometrie verknüpft (vgl. Abschnitt 4.3.2).

230

4.3 Definition der Steuergeometrie eines Volumenmodells Bild 4.5: Lage einer Steuergeometrie im Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells

Bild 4.6 zeigt ein Beispiel einer Steuergeometrie. Ihr geometrischer Anteil besteht aus zwei Punkten „Punkt.1“ und „Punkt.2“. Es gibt eine Hauptabmessung „Abstand“, deren Parameter die X-Koordinate von „Punkt.2“ treibt. Diese Beziehung ist über die Formel „Formel.1“ abgebildet. Bild 4.6: Anordnung einer Steuergeometrie im Konstruktionsbaum

Bei der Erstellung einer Steuergeometrie wird nach dem Prinzip der Notwendigkeit und der Parameter vorgegangen. Das Prinzip der Notwendigkeit bedeutet, dass nur die geometrischen Elemente in einer Steuergeometrie verwendet werden, die unbedingt erforderlich sind. Das Prinzip der Parameter beschreibt, wann eine Steuergeometrie durch einen Parameter ersetzt werden kann. Eine Steuergeometrie besitzt allerdings Einsatzgrenzen. Eine parametrische Änderung funktioniert nur dann, wenn die Hauptabmessungen eines Bauteils betroffen sind. Sobald Geometrien ergänzt werden oder entfallen sollen, müssen Volumenkörper oder Operationen editiert, entfernt oder hinzugefügt werden (Abschnitt 4.9).

231

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps In den nächsten Abschnitten werden die Prinzipien der Notwendigkeit und der Parameter detailliert erläutert. Die Ausführungen beschränken sich auf den Aufbau einer Steuergeometrie innerhalb eines Volumenmodells. Sollen weitere Volumenmodelle einbezogen werden, sei zusätzlich auf den Abschnitt 5.2.1.1 verwiesen.

4.3.1

Prinzip der Notwendigkeit

Ziel des Prinzips der Notwendigkeit ist es, eine Steuergeometrie zu erhalten, die aus möglichst wenigen geometrischen Elementen besteht. Dennoch ist es erforderlich, diejenigen Elemente in eine Steuergeometrie zu integrieren, auf denen die Geometrie des zu modellierenden Bauteils aufbaut. Potenzielle Kandidaten für eine Steuergeometrie sind alle geometrischen Elemente, die am Anfang des Abhängigkeitsnetzes eines Bauteils angeordnet sind. Am Anfang einer Abhängigkeitskette stehen in der Regel Skizzen, deren Bezugsebenen und Geometrieelemente, auf die Bedingungen (Constraints) einer Skizze verweisen (vgl. Tabelle 4.3). Daher sollten alle Ebenen in eine Steuergeometrie übernommen werden, die Anschlussstellen für andere Bauteile markieren oder wesentliche Abmessungen des Bauteils definieren (siehe auch Abschnitt 5.2.1.1). Die Ebenen der Steuergeometrie werden bei einer anschließenden Modellierung des Bauteils als Bezugselemente einer Skizze oder einer Bedingung verwendet. Die Ebenen können zusätzlich als Begrenzungselemente eines Volumenkörpers dienen (vgl. Abschnitt 3.4.1). Handelt es sich bei dem Bauteil um eine Geometrie mit einer Designfläche, empfiehlt es sich, diese Fläche in die Steuergeometrie aufzunehmen. Ansonsten sollten Flächen als Steuergeometrie vermieden werden, da diese selbst zu viele Eingangselemente besitzen. In vielen Fällen müssen neben den Anschlussstellen eines Bauteils die Positionen von Bohrungen, Augen und Anschraubtürmen definiert werden. Bei allen runden Volumenkörpern bietet es sich an, deren Lage durch einen Punkt in der Steuergeometrie zu beschreiben. Der Punkt dient hauptsächlich als Bezugselement für Bedingungen, um ein Element einer Skizze auszurichten. Eine Linie wird in der Regel zur Beschreibung einer Rotationsachse oder der Führungskurve eines Translationskörper (z.B. Rippe) verwendet. Ansonsten lässt sich eine Linie durch Punkte oder Ebenen substituieren. Tabelle 4.9 fasst die obigen Elemente in einer Übersicht zusammen. Wenn zur Beschreibung einer Steuergeometrie eine zweidimensionale Darstellung ausreicht, bietet es sich an, die Steuergeometrie in einer Skizze abzubilden. Um in diesem Fall die Aktualisierungszeiten eines Volumenmodells zu verringern, sollten die Steuergeometrien der Skizze als Ausgabekomponenten definiert sein (vgl. Abschnitte 3.3.1 und 3.3.3.2). Das Volumenmodell braucht bei der Verwendung von Ausgabekomponenten nicht komplett neu berechnet zu werden, wenn sich eine Teilgeometrie der Skizze ändert.

232

4.3 Definition der Steuergeometrie eines Volumenmodells Element

Haupteinsatzzweck

Ebene

Anschlussfläche für andere Bauteile, Markierung wesentlicher Abmessungen eines Bauteils, Bezugselement einer Skizze, Bezugselement einer Bedingung (Constraint)

Fläche

Designfläche eines Bauteils

Punkt

Bezugselement eines runden Volumenkörpers, Bezugselement einer Bedingung (Constraint)

Linie

Rotationsachse oder Führungskurve, Bezugselement einer Bedingung (Constraint)

Tabelle 4.9: Wesentliche Elemente einer Steuergeometrie

Die theoretischen Ausführungen sollen an einem praktischen Beispiel verdeutlicht werden (Tabelle 4.10): Konstruktionsbaum

Geometrie

Tabelle 4.10: Steuergeometrie am Beispiel eines Dreipunktlenkers

Es soll die Steuergeometrie eines Dreipunktlenkers erstellt werden. Alle drei Augen des Lenkers haben die gleiche Höhe. Die Augen seien durch eine Versteifung konstanter Höhe verbunden. Die wesentlichen Abmessungen des Bauteils werden über Ebenen definiert. Ausgehend von den drei Ursprungsebenen (gelb) werden zur Steuerung der Höhen jeweils

233

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps zwei Ebenen für die Augen und zwei für die Versteifung erzeugt (grün). Alle Ebenen haben nur einen Bezug auf die Ursprungsebenen oder untereinander. Anschlussstellen an andere Bauteile existieren keine, da ein Rohteil modelliert wird. Für die rechten beiden Augen werden zwei Punkte erzeugt (grün). Da das erste Auge im Ursprung liegt, wird hier kein Punkt benötigt. Für alle Hauptabmessungen des Bauteils werden Parameter im Konstruktionsbaum deklariert (vgl. Abschnitt 4.3.2). Dies sind die Höhe der Augen und der Versteifung sowie die Abstände der Augen. Die Parameter werden über Beziehungen mit der Steuergeometrie verknüpft, so dass eine Parameteränderung eine entsprechende Änderung der Steuergeometrie bewirkt. Bei einer anschließenden Modellierung des Bauteils werden Bedingungen und Referenzen nur auf die Ursprungsebenen und die Steuergeometrie bezogen. Mit insgesamt nur sechs Geometrieelementen kann damit der gesamte Dreipunktlenker gesteuert werden. Das Abhängigkeitsnetz des Dreipunktlenkers wird bei einer konsequenten Umsetzung dieses Prinzips flach gehalten. Einzelne Abhängigkeitsketten besitzen wenige Eingangselemente und bleiben schmal (Bild 4.7). Dadurch ergibt sich eine stabile mathematische Beschreibung des Volumenmodells (vgl. Abschnitt 4.1.2). Bild 4.7: Abhängigkeitsnetz des Dreipunktlenkers

234

4.3 Definition der Steuergeometrie eines Volumenmodells 4.3.2

Prinzip der Parameter

Ziel des Prinzips der Parameter ist es, Elemente einer Steuergeometrie durch Parameter im Konstruktionsbaum zu ersetzen, wenn es sich um eine Nebenabmessung handelt. Eine Nebenabmessung ist eine Abmessung, die keine geometrischen Hauptmaße beschreibt. Eine Nebenabmessung wird anschließend über Formeln mit den zugehörigen Geometrieelementen verknüpft. Typische Nebenabmessungen sind: • Durchmesser von Bohrungen oder Augen, • Wandstärken, • Ausformwinkel, • Stärke von Rippen oder Versteifungen, • Verrundungsradien. Um einen Parameter zu erzeugen, wird im Konstruktionsbaum die Schaltfläche „Formel“ der Symbolleiste „Ratgeber“ selektiert. Es öffnet sich das Fenster „Formeln“, in dem die Parameter eines Bauteils definiert werden können (Bild 4.8). Wird der Filtertyp auf die Auswahl „Benutzerparameter“ gestellt, zeigt die Parameterliste des Fensters nur diejenigen Parameter an, die von einem Anwender unmittelbar erzeugt wurden. Ein neuer Parameter wird über die Schaltfläche „Neuer Parameter des Typs“ deklariert und in die Parameterliste des Fensters aufgenommen. Der Typ des Parameters wird vorher über das Auswahlfeld rechts neben der Schaltfläche angegeben. Wird ein Parameter anschließend in der Parameterliste selektiert, kann dessen Name und Wert über die beiden Felder des Bereichs „Name oder Wert des aktuellen Parameters bearbeiten“ definiert werden. Es können auf diese Weise mehrere Parameter nacheinander erzeugt werden. Eine Selektion der Schaltfläche „OK“ schließt die Erzeugung der deklarierten Parameter ab. Bild 4.8: Fenster „Formeln“ zum Erzeugen eines Parameters

235

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Die Parameter werden im Konstruktionsbaum in der Rubrik „Parameter“ angezeigt. Falls die Parameter nicht im Konstruktionsbaum sichtbar sind, muss deren Anzeige in den CATIA-Optionen in der Karte „Infrastruktur /Teileinfrastruktur /Anzeige“ über die Option „Parameter“ aktiviert werden. Falls dann zwar die Namen der Parameter sichtbar sind, aber nicht dessen Werte, kann zusätzlich deren Anzeige in der Karte „Allgemein /Parameter und Messen /Ratgeber“ über die Optionen „Mit Wert“ und „Mit Formel“ eingestellt werden. Ein geometrisches Maß kann jederzeit über eine Bedingung mit einem Parameter verknüpft werden. Hierzu wird dasjenige CATIA-Fenster aufgerufen, über welches das Maß manuell editiert werden kann. Anschließend wird über die rechte Maustaste in dem Feld des Editierfensters, das den Wert des Maßes anzeigt, das Kontextmenü aufgerufen und hier der Befehl „Formel bearbeiten“ ausgewählt. In einigen Fällen genügt es, direkt über einem Maß das Kontextmenü zu rufen, ohne das Editierfenster zu verwenden. Es öffnet sich das Fenster „Formeleditor“, in dem die Formel des geometrischen Maßes definiert wird (Bild 4.9). Bild 4.9: Fenster „Formeleditor“ zum definieren einer Formel

Das geometrische Maß wird im obersten grauen Feld angezeigt, die Formel im weißen Feld darunter. Wird während der Definition der Formel ein Parameter direkt im Baum selektiert, wird dessen Name im Formelfeld automatisch eingetragen. Die Parameter können über mathematische Funktionen und die vier Grundrechenarten verknüpft werden. Als Operatoren der vier Grundrechenarten werden folgende Zeichen verwendet: • Addition: + • Subtraktion: • Multiplikation: * • Division: / In den Spalten unter dem Formelfeld werden alle Variablen und Operatoren angezeigt, die im Formelfeld eingetragen werden können. Die Übernahme einer Variable oder eines Operators in die Formelzeile erfolgt durch eine Doppelselektion des je-

236

4.3 Definition der Steuergeometrie eines Volumenmodells weiligen Begriffes in der Liste. Auf diese Weise können bedarfsgerecht Verknüpfungsoperatoren nachgeschlagen werden, die über die vier Grundrechenarten hinausgehen. Eine einfache Bedingung ist eine Formel, die ein geometrisches Maß direkt mit einem Parameter im Konstruktionsbaum verknüpft. Die Formel besitzt in diesem Fall keine Rechenoperatoren in der Formelzeile. Über das Prinzip der Parameter kann eine Steuergeometrie klein und übersichtlich gehalten werden. Es sollte allerdings beachtet werden, dass nicht jede Nebenabmessung über einen Parameter im Konstruktionsbaum beschrieben werden braucht. Nur wesentliche Nebenabmessungen sollten berücksichtigt werden. Eine Hauptabmessung dagegen sollte immer über eine Steuergeometrie und einen Parameter im Konstruktionsbaum verfügen. Bild 4.10 zeigt Nebenabmessungen am Beispiel des Dreipunktlenkers aus Abschnitt 4.3.1. Wesentliche Nebenabmessungen sind die Durchmesser der Augen und die Stärken der Verbindungselemente. Die Verrundungsradien und Ausformschrägen sind zwar auch Nebenabmessungen, die Definition eines Parameters im Konstruktionsbaum sollte hier allerdings situativ entschieden werden. Bild 4.10: Nebenabmessungen am Beispiel eines Dreipunktlenkers

4.3.3

Methodische Tipps

Fasst man die methodischen Ausführungen der beiden vorangegangenen Abschnitte zusammen, können folgende methodische Tipps abgeleitet werden: Tipp 1:

Eine Steuergeometrie sollte angelegt werden, bevor mit der Modellierung eines Bauteils begonnen wird. Die Steuergeometrie kann während der Modellierung ergänzt werden. Die Steuergeometrie wird einem geöffneten Körper auf der ersten Hierarchieebene des Bauteils zugeordnet..

237

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps

238

Tipp 2:

Ein Element der Steuergeometrie darf nur von den Ursprungselementen oder anderer Steuergeometrie abhängig sein.

Tipp 3:

Nur die Hauptabmessungen eines Bauteils werden über eine Steuergeometrie beschrieben. Dabei werden die Anschlussstellen anderer Bauteile sowie geometrisch markante Stellen über Ebenen abgebildet, Positionen von runden Volumenkörpern über Punkte. Linien und Flächen werden in Sonderfällen eingesetzt..

Tipp 4:

Für jede Hauptabmessung sollte ein Parameter im Konstruktionsbaum angelegt werden, der über Beziehungen mit der Steuergeometrie verknüpft ist.

Tipp 5:

Eine Nebenabmessung wird über einen Parameter ohne ein geometrisches Element in der Steuergeometrie abgebildet. Eine Nebenabmessung auszuweisen ist nur dann lohnend, wenn viele Varianten eines Bauteils erstellt werden.

Tipp 6:

Während der Modellierung eines Bauteils sollten Skizzen oder Bedingungen (Constraints) nach Möglichkeit nur auf Elemente der Steuergeometrie oder Ursprungselemente bezogen werden. Es bietet sich an, Ebenen der Steuergeometrie als Begrenzungselemente eines Volumenkörpers zu wählen. Die Arbeitsweise führt zu einem flachen Abhängigkeitsnetz mit schmalen Abhängigkeitsketten.

4.4 Strukturierung eines Körpers und Auswahl der Volumenkörper 4.3.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 4.3

Lösungsblatt 4.3

Dauer 35 min

4.4

a) Bitte kreuzen Sie in der rechten Spalte der Tabelle an, welche Geometrie eine Haupt- oder Nebenabmessung markiert. Zeichnen Sie anschließend die Hauptabmessungen in der 3D-Geometrie der linken Spalte ein. b) Bitte erstellen Sie die unten abgebildete Geometrie, so dass alle Außenflächen von einer Steuergeometrie abhängen. Erzeugen Sie für alle Haupt- und Nebenabmessungen Parameter im Konstruktionsbaum, die mit der Geometrie über Beziehungen verknüpft sind.

Übung 4.3: Steuergeometrie eines Volumenmodells

Strukturierung eines Körpers und Auswahl der Volumenkörper

Die Strukturierung eines Volumenmodells erfolgt über Körper (vgl. Abschnitt 4.2), ein Körper setzt sich wiederum aus Volumenkörpern und Operationen zusammen. Um einen Körper geometrisch zu modellieren, stehen einem Anwender häufig zahlreiche Lösungsmöglichkeiten zur Verfügung: Ein geometrisches Ergebnis kann mit mehreren Arten und Anzahlen von Volumenkörpern erreicht werden. Jeder Lösungsweg zeichnet sich durch einen mehr oder weniger großen Betrag an Zeit aus, den ein Anwender zum Erzeugen oder Ändern des Körpers benötigt, sowie die mathematische Stabilität des Volumenmodells. Um beides zugunsten des Anwenders zu optimieren, sollte bei der Strukturierung eines Körpers und der Auswahl und Erzeugung seiner Volumenkörper und Operationen nach den Prinzipien der Dekomposition, des Schnitzens, der Einfachheit und der Operation vorgegangen werden. Die Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens beschreiben, wie ein Körper in Volumenkörper aufgeteilt wird. Liegt eine komplexe Geometrie vor, so sollten anstelle eines komplexen Volumenkörpers mehrere einfache verwendet werden.

239

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Über das Prinzip der Dekomposition wird hierbei mit positiven Volumenkörpern die Grobgeometrie des Körpers abgebildet. Über das Prinzip des Schnitzens wird die Grobgeometrie durch Volumenkörper mit negativem Vorzeichen verfeinert. Das Prinzip der Einfachheit gibt Regeln vor, nach denen die Art eines Volumenkörpers ausgewählt wird. Es wird die Art verwendet, die gerade noch dem geometrischen Zweck genügt. In der Regel ist das die Volumenkörperart, die über die wenigsten geometrischen Eingangsgrößen verfügt. Das Prinzip der Operation gibt eine Hilfestellung, wie ein Volumenkörper definiert wird. Die Detaillierung eines Volumenkörpers sollte immer über Operationen erfolgen. Ist die Entscheidung für einen Volumenkörper gefallen, sollte dessen Definition so einfach wie möglich gehalten werden. Die vier Prinzipien werden in den folgenden Abschnitten detailliert dargestellt.

4.4.1

Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens

Bei der Strukturierung der Geometrie eines Körpers in Volumenkörper können die Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens analog der Strukturierung eines Volumenmodells in Körper angewendet werden (vgl. Abschnitte 4.2.1 und 4.2.2). Im oberen Bereich eines Körpers werden überwiegend positive Volumenkörper verwendet, deren Komposition die Grobgeometrie des Körpers abbildet. Die Grobgeometrie wird anschließend durch negative Volumenkörper detailliert. Um genügend Material bei einer Änderung zu haben, sollten sich die Volumenkörper durchdringen oder Abzugskörper überstehen. Dies vermeidet zugleich kleine Lücken oder Volumenstückchen, falls die Begrenzungsflächen eines Volumenkörpers Schwingungen aufweisen. Alle Details wie Verrundungen, Fasen oder Ausformschrägen werden in diesem Schritt nicht berücksichtigt. Die Detaillierung der Volumenkörper erfolgt über Operationen gemäß des Prinzips der Operation (Abschnitt 4.4.3). Tabelle 4.11 gibt hierzu ein Beispiel. Im oberen Bereich des Konstruktionsbaumes ist nach dem Prinzip der Dekomposition vorgegangen worden, um die Grobgeometrie des Deckels zu erzeugen. Im unteren Bereich befindet sich ein Abzugskörper „Tasche.1“, der die Grobgeometrie gemäß des Prinzips des Schnitzens verfeinert. Als Konturen der beiden inneren runden Auflagen wurden zwei Kreise verwendet, die erstens das Schalenelement durchdringen und zweitens eine einfache Geometrie darstellen. Wären die beiden Auflagen über Kreisbögen exakt angestückelt worden, führte dies zu einem hohen Aufwand beim Erstellen und Ändern und zu einem komplexen Abhängigkeitsnetz des zusammengesetzten Volumenkörpers. Es kann nicht pauschal festgelegt werden, dass die Anzahl der Volumenkörper, mit denen ein Körper durch Dekomposition oder Schnitzen geformt wird, besonders hoch oder niedrig sein sollte. Die Auswahl erfolgt vielmehr nach dem Kriterium der Änderungsfreundlichkeit: Soll ein geometrischer Teilbereich einfach entfernt oder verschoben werden können, sollte ein eigenständiger Volumenkörper verwendet werden. Im Zweifelsfall ist daher immer ein eigenständiger Volumenkörper zu wählen. Gründe für einen eigenständigen Volumenkörper sind:

240

4.4 Strukturierung eines Körpers und Auswahl der Volumenkörper • • • •

einfaches Verschieben, einfaches Löschen, unabhängige Elterngeometrie und Begrenzungselemente, schmale Abhängigkeitsketten im Abhängigkeitsnetz des Volumenmodells. Struktur des Körpers

Zusammengesetzte Volumenkörper

Tabelle 4.11: Beispiel der Strukturierung eines Körpers

Ein negatives und ein positives Bespiel gibt Tabelle 4.12: In der linken Spalte wurde ein einziger Volumenkörper verwendet, um die abgebildete Geometrie zu beschreiben. Dies führt zwar zu einem einfachen Konstruktionsbaum, aber dafür handelt sich ein Anwender zahlreiche Nachteile ein, die sich teilweise erst bemerkbar machen, wenn der Körper geändert werden soll: • Die Kontur des Volumenkörpers ist komplex und damit zeitintensiv zu erstellen. • Die Kontur besitzt sechs Kurvenelemente. Entsprechend des CATIA-Datenmodells (Abschnitt 4.1.1) wird damit die Basis für ein komplexes Abhängigkeitsnetz des Volumenmodells gelegt. • Soll einer der drei kleinen Kreise entfallen, entfällt auch ein Kurvenstück des großen Kreises. Dies bedeutet einen vermeidbaren Eingriff in das Abhängigkeitsnetz des Volumenmodells. Komplexität und Änderungsaufwand Hoch

Gering

Tabelle 4.12: Beispiel für eine unterschiedlich Anzahl von Volumenkörpern bei gleicher Geometrie

241

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Zusammengefasst kann gesagt werden, dass diese Lösung weder bei einem erstmaligen Erstellen noch bei einem anschließenden Ändern optimal ist. Im Beispiel der rechten Spalte wurden vier Skizzen mit vier Volumenkörpern verwendet. Der Konstruktionsbaum wird zwar länger, aber ein Anwender genießt folgende Vorteile: • Die Konturen und Volumenkörper sind einfach zu erstellen. Der Zeitaufwand ist geringer als im ersten Beispiel. • Der zusammengesetzte Volumenkörper basiert nur auf vier Kurvenelementen. • Einer der kleinen Kreise kann gelöscht werden, ohne das die Kontur des großen Kreises beeinflusst wird.

4.4.2

Prinzip der Einfachheit

Das Prinzip der Einfachheit beschreibt, welche Arten von Volumenkörpern zur Modellierung eines Körpers verwendet werden. Es gilt die pauschale Regel: Die Volumenkörperart sollte bevorzugt werden, welche die geringste Anzahl an Eingangselementen besitzt. Je geringer die Anzahl der Eingangselemente eines Volumenkörpers ist, desto schmaler bleibt das Abhängigkeitsnetz des Körpers. Das wiederum wirkt sich vorteilhaft auf die mathematische Stabilität eines Volumenmodells aus (Abschnitt 4.1.2). Tabelle 4.13: Arten von Volumenkörpern und Anzahl der Eingangselemente

Anzahl Gering

Art des Volumenkörpers Block (Pad)

Tasche (Pocket)

Versteifung (Stiffener) Bohrung (Hole)

Mittel

Welle (Shaft)

Nut (Groove)

Rippe (Rib)

Rille (Slot)

Kombinieren (Solid Combine) Aufmaßfläche (Thick Surface) Hoch

Loft (Loft)

Entfernter Loft (Removed Loft)

Mehrfachblock (Multipad)

Mehrfachtasche (Multipocket)

Fläche schließen (Close Surface)

242

4.4 Strukturierung eines Körpers und Auswahl der Volumenkörper Eine Übersicht der Arten positiver und negativer Volumenkörper, geordnet nach der Menge der Eingangselemente, gibt Tabelle 4.13. Ein Anwender sollte bei der Modellierung eines Körpers versuchen, möglichst Volumenkörper der oberen Zeilen zu wählen. Die Anzahl der Eingangselemente einer Art eines Volumenkörpers ist allerdings nicht konstant, da ein Volumenkörper über unterschiedliche Parameterkombinationen verfügen kann. Die Sortierung kann daher nur zur Orientierung dienen. Der Einfluss, den die Art eines Volumenkörpers auf den Aufwand eines Anwender haben kann, soll anhand von drei Beispielen verdeutlicht werden: Tabelle 4.14 zeigt drei Volumenkörper, deren Hüllvolumen identisch ist. Der Block in der linken Spalte benötigt als Eingangselement nur eine Skizze, die Rippe der mittleren Spalte eine Skizze und eine Führungskurve, der Loft der rechten Spalte zwei Skizzen mit einer hohen Anzahl an Kurvenstücken. Ein Anwender wird mit dem Block am einfachsten sein Ziel erreichen. Komplexität und Änderungsaufwand Gering

4.4.3

Mittel

Hoch

Tabelle 4.14: Beispiele für unterschiedliche Arten von Volumenkörpern bei gleicher Geometrie

Prinzip der Operation

Das Prinzip der Operation legt fest, dass bei der Detaillierung eines Volumenkörpers eine Operation Vorrang vor anderen geometrischen Einflussgrößen besitzt. Geometrische Einflussgrößen sind hierbei die Art eines Volumenkörpers oder dessen Parameter (Abschnitt 3.4). Der Grund ist in der Änderungsfreundlichkeit und mathematischen Stabilität eines Volumenmodells zu suchen. Eine Operation kann zum einen einfach modifiziert, ergänzt oder entfernt werden, zum anderen befindet sich eine Operation im Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells hinter einem Volumenkörper. Dadurch sind in der Regel weniger Elemente des Abhängigkeitsnetzes im Fall einer Änderung betroffen, als dies der Fall wäre, wenn die geometrische Gestalt des Volumenkörpers schon durch dessen Eingangsparameter realisiert worden wäre. Geometrische Detaillierungen, mit denen ein Anwender häufig konfrontiert ist, sind: Verrundungen, Ausformschrägen und Fasen. Diese Arten einer Detaillierung sollten möglichst immer über eine Operation vorgenommen werden. Nur in seltenen Fällen,

243

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps in denen die geometrische Komplexität einer Geometrie die Operationsalgorithmen von CATIA V5 an ihre Leistungsgrenzen bringt, sollte von diesem Prinzip abgewichen werden. Dies sollte aber erst dann erfolgen, wenn auch die methodischen Tipps der Abschnitte 4.5 und 4.6 keinen Erfolg gebracht haben. Einen Überblick über die drei Detaillierungsarten gibt Tabelle 4.15. Die erste Spalte zeigt zur Veranschaulichung die Art der Detaillierung. In der mittleren Spalte sind diejenigen Operationen aufgeführt, die bevorzugt zur Lösung einer Aufgabe verwendet werden sollten. Die rechte Spalte beschreibt Lösungsmöglichkeiten, die zu vermeiden sind, da diese zu einem komplexen Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells führen oder die Änderungsfreundlichkeit und Übersichtlichkeit einschränken. Tabelle 4.15: Möglichkeiten der Detaillierung eines Volumenkörpers

Art der Detaillierung

Zu bevorzugen

Zu vermeiden

Verrundungsoperationen, ins- • Verrundung in der Kontur besondere konstante oder • Beschneiden oder Anstüvariable Kantenverrundung ckeln über Flächen oder Drei-TangentenVerrundung

Fasenoperation

• Fase in der Kontur • Beschneiden über Flächen oder negative Volumenkörper

Ausformoperationen, insbesondere konstante oder erweiterte Ausformschräge

• Ausformschräge in der Kontur • Beschneiden oder Anstückeln über Flächen oder Volumenkörper • Verwendung eines Lofts

244

4.4 Strukturierung eines Körpers und Auswahl der Volumenkörper 4.4.4

Methodische Tipps

Die methodischen Ausführungen der Prinzipen der Dekomposition, des Schnitzens, der Einfachheit und der Operation lassen sich in folgenden Tipps zusammenfassen: Tipp 1:

Ein Körper sollte in mehrere Volumenkörper aufgeteilt werden, die über einfache Konturen aufgebaut sind. Im oberen Bereich des Konstruktionsbaumes eines Körpers werden überwiegend Volumenkörper mit positivem Vorzeichen verwendet, im unteren Bereich mit negativem Vorzeichen.

Tipp 2:

Detailgeometrien eines Körpers sollten über einen eigenen Volumenkörper modelliert werden. Das führt zu einer besseren Änderungsfreundlichkeit und zu einem wenig verstrickten Abhängigkeitsnetz mit schmalen Abhängigkeitsketten.

Tipp 3:

Die Volumenkörper eines Körpers dürfen und sollen sich durchdringen. Angestückelte Volumenkörper sind aufwendig zu erstellen und führen zu einem komplexen Abhängigkeitsnetz. Zusätzlich können bei einem Datenexport in ein anderes CAD-Format Lücken im Volumenmodell entstehen.

Tipp 4:

Bei der Auswahl der Art eines Volumenkörper sollte diejenige verwendet werden, die über die wenigsten Eingangsparameter verfügt. Das sind insbesondere: Block, Tasche, Welle, Nut, Versteifung und Bohrung.

Tipp 5:

Detaillierungen eines Volumenkörpers, insbesondere Verrundungen, Fasen oder Ausformschrägen, sollten bevorzugt über Operationen abgebildet werden.

245

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps 4.4.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 4.4: Strukturierung eines Körpers und Auswahl der Volumenkörper

Aufgabenblatt 4.4

Lösungsblatt 4.4

a) Bitte kreuzen Sie an, ob die Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens sowie der Einfachheit und der Operation in den aufgeführten Fallbeispielen eingehalten sind. b) Begründen Sie Ihre Entscheidung.

Dauer 25 min

4.5

Aufbau einer Kontur

Eine Kontur ist die Grundlage eines Volumenkörpers, der als Elterngeometrie über eine Skizze verfügt. Da die Kontur eines Volumenkörpers gemäß des CATIADatenmodells maßgeblich dessen mathematische Beschreibung beeinflusst (Abschnitt 4.1.1), ist bei deren Definition größte Sorgfalt aufzuwenden. Jedes Element einer Kontur ist die Wurzel einer Abhängigkeitskette im Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells. Wie die Änderungsfreundlichkeit und mathematische Stabilität eines skizzenbasierten Volumenkörpers zum Vorteil eines Anwenders optimiert werden kann, beschreiben die Prinzipien der Scharfkantigkeit und der Ausgliederung. Das Prinzip der Scharfkantigkeit definiert, aus welchen Geometrieelementen eine Kontur aufgebaut sein sollte. Es zielt zugleich darauf ab, die Anzahl der Elemente einer Kontur möglichst gering zu halten. Das Prinzip der Ausgliederung beschreibt Regeln, wie eine Kontur zu detaillieren ist. Es weist einen Anwender an, eine Detaillierung nach Möglichkeit aus einer Kontur in eine zweite Kontur oder in eine Operation eines Volumenkörpers auszugliedern. Die beiden Prinzipien werden in den folgenden Abschnitten ausführlich erläutert.

246

4.5 Aufbau einer Kontur 4.5.1

Prinzip der Scharfkantigkeit

Das Prinzip der Scharfkantigkeit bestimmt, dass eine Kontur scharfkantig aufgebaut sein sollte. Scharfkantig heißt, dass Stellen, die an einem detaillierten Volumenkörper eine Verrundung oder Fase aufweisen, in der Kontur des Volumenkörpers durch eine Spitze oder Spitzkehle beschrieben sind. Eine Verrundung oder Fase wird am scharfkantigen Volumenkörper durch eine Operation abgebildet (Abschnitt 4.4.3). Ein Kreisbogen oder eine Kurve sind als Element einer Kontur zu vermeiden, wenn es sich nicht um einen großen Funktionsradius handelt. Ein Beispiel gibt Tabelle 4.16. In der linken Spalte wurde das Prinzip der Scharfkantigkeit angewendet, die Kontur des Volumenkörpers weist keine Verrundungen auf. In der rechten Spalte sind die Verrundungen direkt in der Kontur vorgenommen worden. Angewendet

Nicht angewendet

Tabelle 4.16: Beispiel für das Prinzip der Scharfkantigkeit

Das Prinzip der Scharfkantigkeit hat für einen Anwender zahlreiche Vorteile: Ein erster Vorteil liegt darin, dass sich die Geometrie einer Kontur vereinfacht, wenn Fasen oder Verrundungen nicht in der Kontur abgebildet werden. Das spart Zeit, wenn die Kontur erstmalig erzeugt wird. Im Beispiel der linken Spalte von Tabelle 4.16 genügen sechs Linien, um die Kontur zu beschreiben, im Beispiel der rechten Spalte müssen neun Elemente erzeugt werden. Einen zweiten Vorteil gewinnt ein Anwender durch die vereinfachte mathematische Definition des Volumenkörpers, der auf einer scharfkantigen Kontur basiert. Die Anzahl der funktionalen Teilflächen des Volumenkörpers wird reduziert, was sich stabilisierend bei geometrischen Änderungen auswirkt. Die Komplexität des Abhängigkeitsnetzes des Volumenmodells verringert sich deutlich, da wenige Abhängigkeitsketten entstehen. Im Extremfall würde sich die Anzahl funktionaler Teilflächen verdoppeln, wenn alle senkrechten Kanten eines Volumenkörpers in der Kontur verrundet wären. Die Abhängigkeitsnetze der Volumenkörper aus Tabelle 4.16 zeigen die Abbildungen der Tabelle 4.17. Die Abhängigkeitsketten verlaufen von den einzelnen Elementen der Konturen über die Seitenflächen der Volumenkörper zu den Operationen.

247

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Die funktionale Teilfläche „Seitenfläche.2“ befindet sich an der Stelle, an welcher beide Volumenkörper das Halbrund aufweisen. Die Seitenflächen sind im Uhrzeigersinn aufsteigend durchgezählt. Während in der linken Spalte das Prinzip der Scharfkantigkeit angewendet ist und nur sechs Abhängigkeitsketten vorhanden sind, weist die rechte Spalte neun Abhängigkeitsketten auf. Bei der Anwendung des Prinzips der Scharfkantigkeit verringert sich die Anzahl der funktionalen Teilflächen und der Abhängigkeitsketten. In dem oben beschriebenen Extremfall könnten dies in der rechten Spalte bis zu 12 Seitenflächen sein, wenn alle Spitzen und Spitzkehlen in der Kontur verrundet wären. Tabelle 4.17: Abhängigkeitsnetz bei Anwendung des Prinzips der Scharfkantigkeit

Angewendet

Nicht angewendet

Ein dritter Vorteil ist dadurch gegeben, dass einzelne Teilflächen verwendbar für anschließende Operationen bleiben. Wenn ein Anwender beispielsweise ein ausformbares Bauteil konstruieren will, können einzelne Teilflächen gezielt mit einer Ausformschräge versehen werden. Wenn die Verrundungsoperation nach der Ausformoperation folgt, weisen die Kanten anschließend noch immer einen konstanten Radius auf. Das kann nicht erreicht werden, wenn die Verrundungen in der Kontur vorgenommen werden. Die linke Spalte von Tabelle 4.18 zeigt den Volumenkörper aus Tabelle 4.16, an dessen vorderer Seitenfläche eine Ausformoperation angebracht wurde. Jede Teilfläche könnte separat mit einer Operation belegt werden, da die Teilflächen nicht tangentenstetig miteinander verbunden sind. Die Kantenverrundungen können so erzeugt werden, dass diese auch nach einer Ausformoperation konstant bleiben. Im Beispiel der rechten Spalte stehen diese beiden Möglichkeiten nicht zur Verfügung. Eine Ausformoperation verändert zwangsläufig alle Teilflächen und damit auch die Verrundungen.

248

4.5 Aufbau einer Kontur Angewendet

Nicht angewendet

Tabelle 4.18: Verwendbarkeit einzelner Teilflächen bei Anwendung des Prinzips der Scharfkantigkeit

Ein vierter Vorteil erschließt sich, wenn man nachfolgende Prozessschritte betrachtet. Während ein Konstrukteur in der Regel eine verrundete Geometrie bevorzugt, wird ein Berechner in einer FEM-Abteilung eine scharfkantige Geometrie verwenden wollen. Ist eine Verrundung in einer Kontur vorgenommen worden, bedeutet es sehr hohe Aufwände, die scharfkantige Geometrie zu erzeugen. Eine Operation kann leicht deaktiviert oder gelöscht werden. Der einzige Nachteil des Prinzips der Scharfkantigkeit ist ein längerer Strukturbaum, der neben einem Volumenkörper zusätzliche Verrundungs- und Fasenoperationen aufweist.

4.5.2

Prinzip der Ausgliederung

Das Prinzip der Ausgliederung bestimmt, dass eine Detaillierung einer Kontur nach Möglichkeit in einer zweiten Skizze oder über eine Operation am scharfkantigen Volumenkörper vorgenommen wird. Die Ausgliederung einer Detaillierung in eine Operation am scharfkantigen Volumenkörper wurde in den Abschnitten 4.4.3 und 4.5.1 schon indirekt mitbehandelt. Diese Art der Ausgliederung kann immer dann verwendet werden, wenn es sich bei der Detaillierung um eine Verrundung, Ausformschräge oder Fase handelt. Die Ausgliederung einer Detaillierung in eine zweite Skizze bedeutet, dass anstelle eines Volumenkörpers mit einer komplexen Kontur mehrere Volumenkörper mit einfachen Konturen die Zielgeometrie beschreiben. Dies führt zu folgenden Vorteilen (vgl. auch Abschnitt 4.4.1): • Das Erstellen einer Kontur vereinfacht sich, da wenige Elemente benötigt werden. • Details können durch Löschen der Skizze und des Volumenkörpers des Details entfernt werden, ohne die ursprüngliche Kontur zu verändern. Operationen, die am ursprünglichen Volumenkörper angebracht sind, werden dadurch nicht beeinflusst. • Es wird für jede Detaillierung eine eigene unabhängige Abhängigkeitskette im Abhängigkeitsnetz des Volumenmodells erzeugt, was die mathematische Stabilität des Volumenmodells erhöht.

249

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Ein Beispiel, welche Vorteile ein Anwender bei einer Änderung genießt, wenn das Prinzip der Ausgliederung verwendet wird, gibt Tabelle 4.19: Die Ausgangsgeometrie bestehe aus einem zusammengesetzten Volumenkörper mit einer Einbuchtung. Die Einbuchtung sei gemäß des Prinzips der Ausgliederung über einen eigenständigen Volumenkörper (Tasche) realisiert worden. Alle senkrechten Kanten seien verrundet und die vorderen beiden Flächen mit einer Ausformschräge versehen (Tabelle 4.19, links). Ein vereinfachtes Abhängigkeitsnetz des zusammengesetzten Volumenkörpers zeigt Bild 4.11. Es ist deutlich zu erkennen, dass die Abhängigkeitsketten zwischen dem Block und der Tasche keine Verknüpfung besitzen. Nur die Kantenverrundung der Tasche, die auch eine Teilfläche des Blockes verwendet, setzt auf beiden Abhängigkeitsketten auf. Tabelle 4.19: Beispiel einer Änderung bei der Anwendung des Prinzips der Ausgliederung

Ausgangszustand

Änderungszustand

Soll die Einbuchtung entfernt werden, so genügt es, den Volumenkörper „Tasche“ und dessen Kantenverrundung zu löschen. Das Abhängigkeitsnetz des Blockes wird durch diesen Vorgang nicht beeinflusst, so dass die Operationen des Blockes bestehen bleiben (Tabelle 4.19, rechts). Es sei erwähnt, dass es nicht in allen Anwendungsfällen sinnvoll ist, ein Detail einer Kontur in eine zweite Skizze auszulagern. Ein Anwender sollte immer im Einzelfall Vor- und Nachteile gegeneinander abwägen. Dennoch sollte im Zweifelsfall eine Entscheidung zugunsten einer Ausgliederung getroffen werden, da dies die Änderungsfreundlichkeit deutlich erhöht.

250

4.5 Aufbau einer Kontur Bild 4.11: Vereinfachtes Abhängigkeitsnetz des Ausgangszustandes

4.5.3

Methodische Tipps

Die Prinzipien der Scharfkantigkeit und der Ausgliederung der Abschnitte 4.5.1 und 4.5.2 lassen sich zu folgenden methodischen Tipps zusammenfassen: Tipp 1:

Konturen sollten scharfkantig erstellt werden. Kurven und Kreisbögen sollten nur verwendet werden, wenn große Funktionsradien eines Bauteils abgebildet werden.

Tipp 2:

Verrundungen und Fasen sollten nicht in einer Kontur angebracht werden, sondern als Operation am Volumenkörper. Jedes Element einer Kontur erzeugt eine zusätzliche Abhängigkeitskette im Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells.

Tipp 3:

Detaillierungen einer Kontur sollten in eine zweite Skizze mit einem zugehörigen eigenständigen Volumenkörper ausgegliedert werden. Das erhöht die Änderungsfreundlichkeit deutlich. Die Abhängigkeitskette der ursprünglichen Skizze ist dadurch von derjenigen der Detaillierung getrennt, sofern keine Bedingung die beiden Skizzen verknüpft.

4.5.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

251

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Übung 4.5: Aufbau einer Kontur

Aufgabenblatt 4.5

Lösungsblatt 4.5

Dauer 25 min

4.6

a) Bitte erläutern Sie mit eigenen Worten stichpunktartig die Prinzipien der Scharfkantigkeit und der Ausgliederung. b) Bitte zeichnen Sie in den Abbildungen die Konturen der zusammengesetzten Volumenkörper ein, wie diese bei einer strikten Anwendung der Prinzipien der Scharfkantigkeit und der Ausgliederung richtig wären. Welche Details könnten auch in der Hauptkontur verbleiben? Warum?

Definition einer Ausformschräge

Eine Ausformschräge ist eine Kantenoperation, die aufgrund ihrer zahlreichen Parameter (Abschnitt 3.5.1) über eine Vielzahl an Möglichkeiten der Definition verfügt. In Abhängigkeit der deklarierten Geometrieelemente kann ein Anwender eine mathematisch stabile Definition, eine instabile Definition, eine eindeutig bestimmte Definition oder eine überbestimmte Definition erzeugen. Eine Definition ist mathematisch stabil, wenn konstruktive Änderungen keine oder geringe Auswirkungen auf die Operation haben. Eine Definition ist überbestimmt, wenn Eingangsparameter weggelassen werden können, ohne das Ergebnis geometrisch zu beeinflussen. Die verschiedenen Definitionsmöglichkeiten unterscheiden sich in der internen Abbildung der Operation in CATIA, auch wenn die Hüllgeometrien der erzeugten Ergebnisse identisch sind. Um aus den zahlreichen Lösungsmöglichkeiten die optimale auszuwählen, sollte ein Anwender nach den Prinzipien der Frühzeitigkeit und der Minimalität vorgehen. Das Prinzip der Frühzeitigkeit beschreibt, an welcher Stelle im Konstruktionsbaum eine Ausformschräge angebracht wird. Generell gilt, je weiter oben im Konstruktionsbaum eine Ausformschräge steht, desto stabiler ist ihre Definition. Das Prinzip der Minimalität gibt Anweisungen, welche Parameter gewählt werden sollten, um eine eindeutig bestimmte Definition zu erhalten. Ziel ist zugleich eine möglichst geringe Anzahl an Parametern.

4.6.1

Prinzip der Frühzeitigkeit

Die Definition einer Ausformschräge ist mathematisch um so stabiler, je weniger sich diejenigen geometrischen Elemente ändern, die als Parameter der Ausformschräge definiert sind. Betrachtet man das Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells, so gilt die allgemeine Regel, dass die geometrischen Elemente, die sich am

252

4.6 Definition einer Ausformschräge Beginn eines Abhängigkeitsnetzes befinden, einer geringeren Wahrscheinlichkeit unterliegen, geändert zu werden. In der Abhängigkeitskette eines solchen Elementes befinden sich weniger Kettenglieder vor dem Element, die einen Einfluss auf dessen Definition ausüben können. Eine Ausformschräge sollte daher im Konstruktionsbaum möglichst unmittelbar auf den Volumenkörper folgen, deren Teilflächen sie verändert. Vor dem Volumenkörper kann die Ausformschräge nicht angebracht werden, da die Teilflächen noch nicht existieren. Je weiter darunter die Ausformschräge angebracht wird, desto intensiver wird sie von den Elementen abhängig, die zwischen dem zugehörigen Volumenkörper und der Ausformoperation im Abhängigkeitsnetz angeordnet sind. Das Prinzip der Frühzeitigkeit bezieht sich nur auf die Anordnung einer Ausformschräge im Konstruktionsbaum. Es sollte nicht mit einer zeitlichen Frühzeitigkeit verwechselt werden. Über die Funktion „Objekt in Bearbeitung definieren“ kann ein Anwender jeden Teilzustand eines Konstruktionsbaumes aktivieren, um an der aktivierten Stelle eine zusätzliche Operation einzufügen. Aus diesem Grund kann eine Ausformoperation auch an einer fertig modellierten Geometrie an der geometrisch frühest möglichen Stelle im Konstruktionsbaum eingefügt werden. Ein Beispiel für das Prinzip der Frühzeitigkeit gibt Tabelle 4.20: Angewendet

Nicht angewendet

Tabelle 4.20: Beispiel der Anwendung des Prinzips der Frühzeitigkeit

Die linke Spalte zeigt einen zusammengesetzten Volumenkörper, dessen Ausformschräge gemäß des Prinzips der Frühzeitigkeit direkt an dem Volumenkörper angebracht wurde, der die Teilfläche für die Operation bereitstellt. Dies ist die vordere Teilfläche des Volumenkörpers „Block“. Die Ausformschräge besitzt in ihrer Abhängigkeitskette nur Elemente des Blockes.

253

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Die rechte Spalte zeigt einen zusammengesetzten Volumenkörper, dessen Ausformschräge im Konstruktionsbaum erst zahlreiche Operationen nach dem Volumenkörper „Block“ angebracht wurde. Da der negative Volumenkörper „Tasche“ die auszuformende Teilfläche in zwei Stücke teilt, müssen zur Definition der Ausformschräge an der dargestellten Stelle im Konstruktionsbaum zwei Teilflächen angegeben werden. In der Abhängigkeitskette der Ausformschräge ist daher neben dem Block auch die Tasche enthalten.

4.6.2

Prinzip der Minimalität

Das Prinzip der Minimalität besagt, dass eine Ausformschräge mit möglichst wenigen Parametern definiert werden sollte. Eine Ausformrichtung, ein Ausformwinkel, ein neutrales Element und auszuformende Teilflächen werden immer benötigt. Ein Anwender kann die Anzahl der Parameter dennoch beeinflussen: Die Anzahl der deklarierten Elemente des neutralen Elementes, des Trennelementes und der auszuformenden Teilflächen sowie die Art der Ausformschräge bieten Möglichkeiten zu einer Optimierung. Einen sehr hohen Einfluss auf die mathematische Stabilität einer Ausformschräge hat die Anzahl der deklarierten Teilflächen. Je mehr Teilflächen deklariert werden, desto instabiler wird eine Ausformoperation. Ein Anwender kann die Anzahl der Teilflächen minimieren, wenn er folgendes beachtet: Tangentenstetig angrenzende Teilflächen werden von CATIA automatisch erfasst oder können über eine Option häufig automatisch erfasst werden. Es ist daher nicht sinnvoll, mehrere Teilflächen zu deklarieren, wenn diese tangentenstetig verbunden sind. Über das neutrale Element kann CATIA bei einer konstanten und erweiterten Ausformschräge auszuformende Teilflächen automatisch finden, ohne dass diese explizit deklariert werden müssen. Dadurch kann eine Ausformoperation definiert werden, ohne dass eine einzige auszuformende Teilfläche deklariert ist. Ein Trennelement sollte prinzipiell nur dann verwendet werden, wenn es zur Beschreibung des Ergebnisses der Ausformoperation notwendig ist. Ein Beispiel gibt Tabelle 4.21: In der linken Spalte ist eine konstante Ausformschräge so definiert, dass tangentenstetig angrenzende Teilflächen im neutralen Element automatisch gefunden und alle Teilflächen, die an das neutrale Element angrenzen, als auszuformende Teilflächen erkannt werden. Dadurch kann mit nur einer deklarierten Teilfläche die gesamt Ausformoperation beschrieben werden. Die Teilfläche ist in der Abbildung orangefarben gestrichelt eingefasst. Im Beispiel der rechten Spalte wurden auf derselben Geometrie alle Teilflächen einzeln deklariert, ohne die Automatismen von CATIA auszunutzen. In diesem Fall werden sieben Teilflächen benötigt: drei für das neutrale Element und vier für die auszuformenden Teilflächen. Sobald nur eine der Teilflächen entfällt, ist die Ausformoperation nicht mehr vollständig definiert. Man spricht in diesem Fall häufig auch von einer verdeckten Überdefinition der Operation.

254

4.6 Definition einer Ausformschräge Angewendet

Eine Teilfläche deklariert.

Nicht angewendet

Tabelle 4.21: Reduktion der Anzahl der deklarierten Teilflächen bei Anwendung des Prinzips der Minimalität

Sieben Teilflächen deklariert.

Um die Teilflächen eines Körpers zu identifizieren, die eine Ausformung benötigen, kann eine Auszugsschrägenanalyse durchgeführt werden (Draft Analysis). Die Analyse zeigt für jede Teilfläche eines Volumenkörpers an, ob eine ausreichende, eine zu geringe oder eine negative Ausformschräge vorliegt (Tabelle 4.22). Um die Auszugsschrägenanalyse durchzuführen, wird im ersten Schritt der Volumenkörper in Bearbeitung gesetzt und zusätzlich selektiert, der analysiert werden soll. Anschließend wird die Schaltfläche „Auszugsschrägenanalyse“ der Symbolleiste „Analyse“ betätigt. Es öffnet sich ein Fenster „Auszugsschrägenanalyse“, in dem die Analyse konfiguriert werden kann (linke Spalte). Um die Ausformrichtung zu bestimmen, wird im Bereich „Richtung“ die Schaltfläche „Kompass“ selektiert und anschließend der Kompass auf eine geeignete Fläche gezogen (rechte Spalte). Eventuell muss über die Schaltfläche „Umkehren“ die Ausformrichtung invertiert werden. Das Geometriefenster zeigt dann für alle Teilflächen über eine Einfärbung das Ergebnis der Analyse an. Eine blaue Farbe kennzeichnet einen Hinterschnitt, eine rote Farbe einen unzureichenden Ausformwinkel und eine grüne Farbe einen ausreichenden Ausformwinkel. Ist die Option „Farbskala“ aktiviert, wird ein zusätzliches Fenster mit der Farbskala eingeblendet (mittlere Spalte). Die Werte der Skala können über eine Doppelselektion auf den jeweiligen Wert des Fensters verändert werden. Im Konstruktionsbaum wird für die Analyse ein Eintrag in der Sektion „Freiformanalyse“ vorgenommen. Über diesen Eintrag kann eine Auszugsschrägenanalyse gelöscht oder ausgeblendet werden. Damit die Analyse korrekt angezeigt werden kann, sind einige Voreinstellungen zu treffen. Zum ersten ist darauf zu achten, dass über den Befehl „Ansicht /Wiedergabemodus /Angepasste Ansicht verwenden“ eine benutzerdefinierte Ansichtsart eingestellt und in der benutzerdefinierten Ansichtsart die Option „Materialien“ aktiviert ist (vgl. Tabelle 4.27, links oben). Die benutzerdefinierte Ansichtsart kann über den Befehl „Ansicht /Wiedergabemodus /Ansicht anpassen“ eingerichtet werden. Zum zweiten sollte in den CATIA Optionen in der Karte „Allgemein /Anzeige /Navigation“ die Option „Teilflächen und Kanten anzeigen“ deaktiviert sein. Ist dies nicht der Fall, wird der gesamte Volumenkörper orangefarben dargestellt und die Analysefarben sind unter Umständen nicht sichtbar.

255

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Tabelle 4.22: Beispiel der Anwendung einer Auszugsschrägenanalyse

Definition

Farbskala

Geometrie

Für die Art der Ausformschräge gilt, dass diejenige Art ausgewählt werden sollte, die gerade noch dem Einsatzzweck genügt. Eine Ausformschrägenart mit wenigen Parametern ist zu bevorzugen. Wird eine komplexe Art verwendet, ist ein Anwender gezwungen, Parameter zu definieren, die unter Verwendung einer anderen Art nicht benötigt würden. Dies führt zu einer Abhängigkeit der Operation von Elementen, die zur Beschreibung des Ergebnisses nicht notwendig sind. Zur Orientierung, welche Arten zu bevorzugen sind, kann Tabelle 4.23 dienen. Insbesondere die konstante Ausformschräge sollte als Hauptwerkzeug verwendet werden, wenn die Geometrie und der Einsatzzweck dies erlauben. Tabelle 4.23: Ausformschrägenarten geordnet nach der Anzahl ihrer Parameter

Anzahl wenige

Art der Ausformschräge Konstante Ausformschräge (Basic Draft) Ausformschräge mit Reflektionslinie (Draft from Reflect Line)

viele

Variable Ausformschräge (Variable Draft) Erweiterte Ausformschräge (Advanced Draft)

4.6.3

Methodische Tipps

Die Prinzipien der Frühzeitigkeit und der Minimalität der Abschnitte 4.6.1 und 4.6.2 lassen sich zu folgenden methodischen Tipps zusammenfassen:

256

4.6 Definition einer Ausformschräge Tipp 1:

Eine Ausformschräge sollte im Konstruktionsbaum möglichst unmittelbar auf den Volumenkörper folgen, der die auszuformenden Teilflächen bereitstellt. Dadurch erhöht sich die mathematische Stabilität einer Ausformschräge beträchtlich.

Tipp 2:

Eine geometrische Frühzeitigkeit ist nicht mit einer zeitlichen Frühzeitigkeit zu verwechseln. Über den Befehl „Objekt in Bearbeitung definieren“ kann eine Ausformoperation auch nachträglich an einer geometrisch optimalen Stelle angebracht werden.

Tipp 3:

Die Automatismen von CATIA sollten verwendet werden, um tangentenstetige Teilflächen und auszuformende Teilflächen über das neutrale Element automatisch zu erkennen. Die Anzahl der deklarierten Teilflächen einer Ausformoperation wird dadurch minimiert, was deren mathematische Stabilität erhöht..

Tipp 4:

Diejenige Art einer Ausformoperation, die dem geometrischen Zweck gerade noch genügt, sollte bevorzugt verwendet werden. Ein Anwender erspart sich damit, Parameter zu definieren, die unter Verwendung einer anderen Art nicht benötigt würden.

257

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps 4.6.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 4.6: Definition einer Ausformschräge

Aufgabenblatt 4.6

a) Bitte ergänzen Sie die Tabelle: Welche Arten einer Ausformoperation verfügen in der Regel über wenige Parameter, welche über viele? b) Welche Art der Ausformoperation sollte bevorzugt verwendet werden? Wie kann die Anzahl der deklarierten Parameter minimiert werden?

Lösungsblatt 4.6

Dauer 30 min

4.7

c) Die abgebildete Geometrie soll an allen Seitenflächen eine Ausformschräge erhalten, ohne die Geometrie zu schwächen. Bitte markieren Sie im Konstruktionsbaum die Stellen, an denen die Ausformoperationen angebracht werden. Welche Teilflächen müssen mindestens als Parameter der einzelnen Ausformoperationen deklariert werden?

Definition einer Verrundung oder Fase

Eine Verrundung oder Fase ist eine Kantenoperation, die intern neben der Kante oder den Kanten, an denen die Operation angebracht ist, Funktionsflächen des modifizierten Volumenkörpers speichert (Abschnitte 3.6.2 und 3.7.2). Die Parameter, die ein Anwender zur Definition einer Verrundung oder Fase festlegt, beeinflussen intensiv, wie viele Funktionsflächen intern gespeichert werden. Analog einer Ausformoperation (Abschnitt 4.6) kann ein Anwender durch eine geschickte oder ungeschickte Auswahl der Parameter eine mathematisch stabile Definition, eine instabile Definition, eine eindeutig bestimmte Definition oder eine überbestimmte Definition erzeugen. Eine Verrundung oder Fase ist mathematisch stabil, wenn wenige Funktionsflächen intern gespeichert sind und diese bei einer konstruktiven Änderung nur dann entfallen, wenn auch der modifizierte Volumenkörper entfernt wird. Eine Definition ist eindeutig bestimmt, wenn kein Parameter der Operation weggelassen werden kann, ohne das Ergebnis zu verändern.

258

4.7 Definition einer Verrundung oder Fase Um eine mathematisch stabile, eindeutig bestimmte Definition einer Verrundung oder Fase zu erhalten, sollte ein Anwender nach den Prinzipien der Frühzeitigkeit und der Minimalität vorgehen. Das Prinzip der Frühzeitigkeit beschreibt, an welcher Stelle im Konstruktionsbaum eine Verrundung oder Fase positioniert wird. Generell gilt, je weiter oben im Konstruktionsbaum eine Verrundung oder Fase steht, desto stabiler ist ihre Definition. Das Prinzip der Minimalität gibt Anweisungen, welche Parameter gewählt werden sollten, um eine eindeutig bestimmte Definition zu erhalten. Ziel ist zugleich eine möglichst geringe Anzahl an Parametern.

4.7.1

Prinzip der Frühzeitigkeit

Das Prinzip der Frühzeitigkeit schreibt vor, eine Verrundung oder Fase an der Stelle im Konstruktionsbaum eines Volumenmodells zu erzeugen, die unmittelbar auf den Volumenkörper folgt, der verrundet oder gefast wird. Auf diese Weise wird die Kantenoperation unmittelbar von den Teilflächen des modifizierten Volumenkörpers abhängig. Zusätzlich kann ein Anwender, der das Volumenmodell nicht kennt, sofort aus dem Konstruktionsbaum auf die internen Abhängigkeiten schließen. Ist der Volumenkörper mit einer Ausformschräge versehen, folgt die Kantenoperation nach der Ausformoperation. Der Grund liegt darin, dass hierdurch ein konstanter Verrundungsradius oder eine konstante Fase gewahrt bleiben. Würde die Ausformoperation auf eine Kantenverrundung oder Fase folgen, entstünde ein variabler Radius oder eine variable Fase. Eine Ausnahme von dem Prinzip der Frühzeitigkeit wird dort gemacht, wo eine Verrundung oder Fase durch eine spanende Bearbeitung entsteht und das Volumenmodell nach fertigungstechnischen Gesichtspunkten gegliedert werden soll. In diesem Fall wird die Verrundung oder Fase an dem Volumenkörper angebracht, der die Bearbeitung repräsentiert (vgl. Abschnitt 5.3.4). Von der Erzeugung einer Verrundung oder Fase in einer Kontur sollte abgesehen werden, da dies das Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells kompliziert (vgl. Abschnitt 4.5). Das Prinzip der Frühzeitigkeit heißt nicht, dass ein Anwender ein Volumenmodell während der Modellierung sofort verrunden oder fasen muss. Eine Verrundung oder Fase kann über die Funktion „Objekt in Bearbeitung definieren“ auch im nachhinein an der methodisch korrekten Stelle im Konstruktionsbaum eingefügt werden. In der Regel wird ein Bauteil zuerst scharfkantig modelliert und anschließend verrundet, wenn die Konzeptphase abgeschlossen ist (vgl. Abschnitte 5.2.1 und 5.2.2). Wird das Prinzip der Frühzeitigkeit eingehalten, ist eine Verrundung oder Fase nur von dem einzelnen oder zusammengesetzten Volumenkörper abhängig, der verrundet oder gefast ist. Tabelle 4.24 stellt hierzu zwei Beispiele gegenüber, in denen jeweils die Hüllgeometrie der Volumenmodelle identisch ist, aber nicht die interne Mathematik: In der linken Spalte wurde das Prinzip der Frühzeitigkeit eingehalten. Der Volumenkörper „Block“ ist unmittelbar mit der „Kantenverrundung.1“ und der Fase ver-

259

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps sehen, die seine Geometrie betreffen. Dadurch sind beide Operationen von der Geometrie der Tasche unabhängig. Nur die „Kantenverrundung.2“, die erst nach dem Abzug der Tasche definiert werden kann, ist am Ende des Konstruktionsbaumes zu finden. Ein Betrachter kann anhand des Konstruktionsbaumes sofort auf die internen Abhängigkeiten schließen. In der rechten Spalte wurden die „Kantenverrundung.1“ und die Fase des Blockes an das Ende des Konstruktionsbaumes gestellt. Da in diesem Zustand die Teilflächen des Blockes durch den Abzug der Tasche modifiziert sind, ist die Fase von der Tasche abhängig. Die „Kantenverrundung.1“ des Blockes kann von dem leistungsfähigen Verrundungsalgorithmus unmittelbar auf den Block zurückgeführt werden. Ein Betrachter kann jetzt allerdings nicht mehr anhand des Konstruktionsbaumes feststellen, ob die senkrechte Verrundung durch die „Kantenverrundung.1“ oder „Kantenverrundung.2“ vorgenommen wurde. Tabelle 4.24: Beispiel der Anwendung des Prinzips der Frühzeitigkeit

Angewendet

4.7.2

Nicht angewendet

Prinzip der Minimalität

Das Prinzip der Minimalität fordert, dass möglichst wenige Parameter zur Definition einer Verrundung oder Fase verwendet werden und eine möglichst einfache Funktion zum Einsatz kommt. Beide Forderungen sind eng miteinander verknüpft, da eine komplexe Funktion auch über mehr Parameter als eine einfache verfügt. Der Grund dieser Forderungen liegt in der mathematischen Stabilität einer Verrundung oder Fase. Je mehr Parameter in einer Operation deklariert sind, desto mehr Störfaktoren unterliegt die Operation. Entfällt einer der deklarierten Parameter durch eine konstruktive Änderung, ist die Operation nicht mehr korrekt definiert. Die Anzahl der Parameter einer Verrundung oder Fase kann durch drei Mittel verringert werden.

260

4.7 Definition einer Verrundung oder Fase Zum ersten sollte die Anzahl der deklarierten Kanten einer Operation so gering wie möglich gehalten werden, indem von der automatischen tangentenstetigen Fortsetzung einer Kante Gebrauch gemacht wird. Ist eine tangentenstetige Fortsetzung aktiviert, werden ausgehend von einer Kante auch alle tangentenstetig angrenzenden Kanten mit einer Operation versehen. Diese Möglichkeit ist bei einer Kantenverrundung und Fase vorhanden (vgl. Abschnitte 3.6.3.1, 3.6.3.2 und 3.7.3). Zwei Beispiele gibt Tabelle 4.25. In beiden Fällen ist die Hüllgeometrie der Volumenkörper identisch, aber die internen mathematischen Abbildungen unterscheiden sich. In der linken Spalte wurde eine Kante deklariert und mit einer tangentenstetigen Fortsetzung gearbeitet. Die Definition der Fasenoperation hängt somit von nur zwei Teilflächen des Volumenkörpers ab. In der rechten Spalte wurden 12 Kanten deklariert. In der Fasenoperation sind intern 13 Teilflächen des Volumenkörpers gespeichert. Entsprechend instabil ist die Operation. Angewendet

Nicht angewendet

Eine Kante deklariert.

12 Kanten deklariert.

Tabelle 4.25: Reduktion der Anzahl der deklarierten Kanten bei tangentenstetiger Fortsetzung

Das zweite Mittel besteht darin, nicht zu viele Kanten in einer Operation zu bearbeiten. Allerdings ist auch das andere Extremum nicht sinnvoll, in einer Operation nur eine Kante zu verrunden oder zu fasen. Es ist daher geboten, mehrere Kanten nachvollziehbar zu gruppieren. Auf diese Weise wird die Anzahl der Kanten einer Operation verringert und zusätzlich die Transparenz eines Volumenmodells erhöht. Idealerweise bietet sich an, senkrechte oder waagerechte Verrundungen oder Fasen gleicher Werteparameter zusammenzufassen. Ein drittes Mittel, das nur bei Verrundungsoperationen zur Verfügung steht, ist, eine möglichst einfache Funktion zu verwenden. Einfach bedeutet, auf eine Eckenverrundung zu verzichten und keine beizubehaltenden Kanten oder begrenzenden Elemente zu deklarieren, wenn es nicht erforderlich ist. Zum anderen sollte eine konstante Kantenverrundung oder eine Drei-Tangenten-Verrundung einer variablen Kantenverrundung oder einer Zwei-Flächen-Verrundung vorgezogen werden. Insbesondere eine variable Kantenverrundung speichert intern pro Kante mindestens sechs Geometrieelemente: zwei Stützflächen, zwei Scheitelpunkte und zwei Begrenzungsflächen. Zwei Beispiele gibt Tabelle 4.26. In beiden Fällen ist das Hüllvolumen identisch, aber die interne Abbildung der Geometrie verschieden. In der linken Spalte wurde das Prinzip der Minimalität angewendet und Kanten gleichen Radius in drei kon-

261

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps stanten Kantenverrundungen gruppiert. Die Geometrie kann verrundet werden, indem nur 11 Kanten deklariert werden. In der rechten Spalte wurde eine variable Kantenverrundung verwendet und alle Kanten in der Operation bearbeitet. Intern werden 20 Kanten und zusätzlich 40 Scheitelpunkte gespeichert. Das führt zu einer sehr instabilen Abbildung des Volumenmodells. Tabelle 4.26: Reduktion der Anzahl der deklarierten Elemente bei Gruppierung von Kanten und Verwendung einer einfachen Funktion

Angewendet

Nicht angewendet

Anzahl der deklarierten Elemente:

Anzahl der deklarierten Elemente:

R5:

8 Kanten

Kanten:

20

R10:

2 Kanten

Scheitelpunkte:

40

R4:

1 Kante

4.7.3

Methodische Tipps

Die Prinzipien der Frühzeitigkeit und der Minimalität der Abschnitte 4.7.1 und 4.7.2 lassen sich zu folgenden methodischen Tipps zusammenfassen:

262

Tipp 1:

Eine Verrundung oder Fase sollte im Konstruktionsbaum möglichst unmittelbar auf den zu verändernden Volumenkörper folgen. Ist der Volumenkörper mit einer Ausformoperation versehen, folgt die Verrundung oder Fase auf die Ausformoperation. Eine Ausnahme wird dann gemacht, wenn ein Konstruktionsbaum fertigungstechnisch gegliedert ist.

Tipp 2:

Eine Verrundung oder Fase wird nicht in einer Kontur erzeugt.

4.7 Definition einer Verrundung oder Fase Tipp 3:

Eine geometrische Frühzeitigkeit ist nicht mit einer zeitlichen Frühzeitigkeit zu verwechseln. Über den Befehl „Objekt in Bearbeitung definieren“ kann eine Verrundung oder Fase auch nachträglich an einer geometrisch optimalen Stelle angebracht werden.

Tipp 4:

Die Automatismen von CATIA sollten verwendet werden, um tangentenstetige Kanten automatisch zu erkennen. Die Anzahl der deklarierten Kanten einer Kantenverrundung oder Fase wird dadurch minimiert, was deren mathematische Stabilität erhöht.

Tipp 5:

Fasen oder Kantenverrundungen gleichen Parameters sollten in einer Operation gruppiert werden. Insbesondere vertikale und horizontale Kanten bietet sich als Gruppen an.

Tipp 6:

Diejenige Art einer Verrundungsoperation, die dem geometrischen Zweck gerade noch genügt, sollte bevorzugt verwendet werden. Konstante Kantenverrundungen und Drei-Tangenten-Verrundungen sind zu bevorzugen. Eckenverrundungen sowie die Verwendung von begrenzenden Elementen und beizubehaltenden Kanten sind zu vermeiden.

4.7.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 4.7

Lösungsblatt 4.7

Dauer 30 min

a) Bitte beschreiben Sie in den freien Feldern die Kennzeichen der Prinzipien der Frühzeitigkeit und der Minimalität. Durch welche drei Mittel wird das Prinzip der Minimalität eingehalten?

Übung 4.7: Definition einer Verrundung oder Fase

b) Die abgebildete Geometrie soll, bis auf an der Unterseite, vollständig mit R5 verrundet werden, die oberste Teilfläche ringsum eine Fase (3 x 45°) erhalten. Bitte zeichnen Sie die Operationen im Konstruktionsbaum ein. Halten Sie dabei die oben beschriebenen Prinzipien ein und gruppieren Sie die Operationen nachvollziehbar.

263

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps 4.8

Integration einer Fläche

Eine Fläche kann in ein Volumenmodell auf drei verschiedene Arten eingebracht werden. Entweder erfolgt die Integration der Fläche über einen flächenbasierten Volumenkörper, das Begrenzungselement eines skizzenbasierten Volumenkörpers oder über eine Flächenoperation. In allen drei Fällen entscheidet die Güte der Fläche, wie mathematisch stabil eine anschließende Verarbeitung des Ergebnisses mit den Funktionen des „Part Design“ erfolgen kann. Die Merkmale, die eine Fläche aufweisen sollte, um eine reibungslose Integration in ein Volumenmodell zu gewährleisten, werden durch das Prinzip der Qualität im folgenden Abschnitt beschrieben. Der Zweck, aus dem eine Fläche in ein Volumenmodell integriert wird, entscheidet über die Art der Einbindung und den Rang im Konstruktionsbaum, an dem die Integration vorgenommen wird. Die Platzierung einer Fläche in Abhängigkeit ihrer Einbindungsart wird durch das Prinzip der Randposition dargestellt.

4.8.1

Prinzip der Qualität

Das Prinzip der Qualität besagt, dass eine Fläche um so besser in ein Volumenmodell integriert werden kann, je höher deren Flächengüte ist. Die Güte einer Fläche wird in Bezug auf deren Integrationsfähigkeit durch deren Krümmungen, Randkurven und Ausdehnung beschrieben. Im Gegensatz zu der übrigen Konvention des Buches, die in Abschnitt 2.2 getroffen wurde, wird im folgenden zwischen einer Fläche und einem Flächenverband unterschieden. Die Krümmungen einer Fläche wirken sich entscheidend darauf aus, ob zu einer Fläche eine Abstandsfläche (Offset) berechnet werden kann. Eine Abstandsfläche wird insbesondere im Volumenkörper „Aufmaßfläche“ sowie in den Operationen „Schalenelement“ und „Aufmaß“ verwendet. Eine besonders schlechte Flächenqualität liegt vor, wenn eine Fläche einen Knick oder Krümmungsspitzen aufweist. Der Grund liegt darin, dass der Rechenalgorithmus von CATIA keine Abstandsfläche berechnen kann, wenn ein konkaver Krümmungsradius kleiner als der Flächenabstand ist (vgl. Abschnitt 3.4.4.6). Ein Knick zwischen zwei Flächen eines Flächenverbandes stellt keinen Qualitätsmangel dar, da hier eine Abstandsfläche ermittelt werden kann. Ebenso ist der Algorithmus so ausgelegt, dass bei der Berechnung einer Abstandsfläche komplette Teilflächen eines Flächenverbandes ausgeblendet werden können (vgl. Abschnitt 3.10.2). Eine Analyse der Flächenkrümmung kann ein Anwender in der Arbeitumgebung „Generative Shape Design“ über die Funktion „Flächenkrümmungsanalyse“ durchführen (Surfacic Curvature Analysis). Die Funktion erlaubt eine rasche optische Kontrolle einer Fläche oder eines Flächenverbandes auf Stellen, an denen eine Fläche zu geringe Krümmungsradien aufweist. Um die Funktion anzuwenden, wird die Schaltfläche „Flächenkrümmungsanalyse“ der Symbolleiste „Analyse“ und die zu analysierende Fläche oder der Flächenverband nacheinander selektiert. Es ist darauf zu achten, dass über den Befehl „Ansicht /Wiedergabemodus /Angepasste Ansicht verwenden“ eine benutzerdefinierte

264

4.8 Integration einer Fläche Ansichtsart eingestellt und in der benutzerdefinierten Ansichtsart die Option „Materialien“ aktiviert ist (Tabelle 4.27-1, links). Die benutzerdefinierte Ansichtsart kann über den Befehl „Ansicht /Wiedergabemodus /Ansicht anpassen“ eingerichtet werden. Es öffnet sich das Fenster „Flächenkrümmung“ (Tabelle 4.27-1, Mitte). Um den richtigen Analysetyp einzustellen, werden in dem Bereich „Typ“ die Auswahl „Begrenzt“ und „Begrenzter Radius“ ausgewählt. In dem Feld „Analyseoptionen“ kann der zu untersuchende Abstandswert eingestellt werden. Er entspricht dem Werteparameter einer Aufmaßfläche, eines Schalenelementes oder eines Aufmaßes. Es ist hilfreich, die Option „3D-Mindest- /Höchstwerte“ zu aktivieren, um eine Information über den minimalen und maximalen Krümmungsradius zu erhalten (Tabelle 4.27-1, rechts). Im 3D-Fenster wird die analysierte Fläche in grünen, blauen und roten Analysefarben eingefärbt und die Stellen extremer Krümmungsradien markiert (Tabelle 4.27-2). Eine grüne Farbe kennzeichnet Bereiche mit ausreichendem KrümKrümmungsradius. Es ist zu beachten, dass in seltenen Fällen der Bereich extremer Krümmungsradien so klein ist, dass er optisch am Bildschirm nicht wahrgenommen werden kann! Außerdem sei darauf hingewiesen, dass die Krümmungsanalyse nur die Krümmungen entlang der Flächenhauptrichtungen berechnet. Eine Flächenkrümmungsanalyse kann daher nur die Stellen anzeigen, an denen garantiert eine Aufmaßfläche nicht gebildet werden kann. Ein Umkehrschluss darf nicht getroffen werden! Im Beispiel aus Tabelle 4.27-1 und 4.27-2 wird als kleinster Krümmungsradius ein Wert von 3,222 mm ermittelt. Eine Abstandfläche zu berechnen, deren Abstand diesen Wert überschreitet, wird daher nicht möglich sein. Da allerdings nur die Hauptrichtungen analysiert werden, ist nicht gesagt, dass eine Abstandsfläche von 3,222 mm an allen Stellen der Fläche berechnet werden kann! Der Wert kann nur als Nährung verwendet werden. Ein Test mit dem aktuellen Beispiel hat gezeigt, dass der reale Wert bei ca. 3,19 mm liegt. Vorbereitung

Analysefenster 1

Analysefenster 2

Tabelle 4.27-1: Anwendung einer Flächenkrümmungsanalyse zur Beurteilung das maximalen Abstandes einer Abstandsfläche

265

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Tabelle 4.27-2: Anwendung einer Flächenkrümmungsanalyse zur Beurteilung das maximalen Abstandes einer Abstandsfläche

Fläche ohne Analyse

Fläche mit Analyse

Ein zweites Kriterium der Güte einer Fläche oder eines Flächenverbandes sind der Verlauf und die Krümmung der Randkurven. Der Verlauf der Randkurve einer Fläche oder eines Flächenverbandes sollte so beschaffen sein, dass eine einzige geschlossene Randkurve vorliegt. Sind mehrere geschlossene Randkurven vorhanden, weist die Fläche oder der Flächenverband Löcher auf. Liegen mehrere Flächen vor, die zu einem Flächenverband zusammengefügt sind oder werden sollen, ist ein zusätzliches Qualitätskriterium, ob Überlappungen oder Lücken zwischen den Flächen vorliegen. Löcher und Lücken können dazu führen, dass ein Volumenkörper „Fläche schließen“ sowie eine Operation „Trennen“ oder „Fläche integrieren“ nicht erzeugt werden kann. Soll eine Fläche oder ein Flächenverband als ein begrenzendes Element eines skizzenbasierten Volumenkörpers verwendet werden, können auch hier Schwierigkeiten auftreten, wenn die Öffnung in dem Nutzbereich der Fläche liegt. In der Arbeitsumgebung „Generative Shape Design“ kann über die Schaltfläche „Begrenzung“ (Boundary) der Symbolleiste „Operationen“ sehr schnell eine Fläche oder ein Flächenverband optisch auf Löcher und Lücken überprüft werden. Hierzu werden die Schaltfläche und die zu prüfende Fläche oder der Flächenverband nacheinander selektiert. Im 3D-Fenster werden in der Vorschau der Funktion alle Randkurven der selektierten Elemente angezeigt. Eventuelle Lücken oder Löcher können optisch sofort ausgemacht werden (Tabelle 4.28). Tabelle 4.28: Analyse des Verlaufs der Randkurven einer Fläche oder eines Flächenverbandes

Vorher

Befehl

+ Flächenverband

266

Nachher

4.8 Integration einer Fläche Hat ein Anwender Zugriff auf die Optionen von CATIA V5, kann die Anzeige der Randkurven auch dauerhaft eingeschaltet werden. In diesem Fall ist in der Karte „Allgemein/Anzeige/Darstellung“ die Option „Flächenbegrenzung“ zu aktivieren. Eine Verwendung der Schaltfläche „Begrenzung“ zur optischen Kontrolle ist dann überflüssig. Ein Flächenverband oder mehrere Flächenstücke, die einen Flächenverband bilden sollen, können in der Arbeitsumgebung „Generative Shape Design“ neben einer optischen Kontrolle einer automatischen Verbindungsüberprüfung unterzogen werden (Connect Checker). Hierzu werden nacheinander der zu analysierende Flächenverband oder die zu analysierenden Flächen und die Schaltfläche „Verbindungsüberprüfung“ der Symbolleiste „Analyse“ selektiert. An der selektierten Geometrie werden Lücken zwischen den Flächen oder innerhalb des Flächenverbandes über farbige Kurven oder Stacheln angezeigt (Tabelle 4.29, links). Es öffnet sich zusätzlich ein Fenster „Verbindungsüberprüfung“, in dem die Analyse konfiguriert werden kann (Tabelle 4.29, Mitte). In dem Fenster sollten folgende Einstellungen getroffen oder überprüft werden: Im Auswahlfeld „Analysetyp“ wird „Abstand“ eingestellt. Wird ein Flächenverband analysiert, ist die Option „Interne Kanten“ zu aktivieren. Sonst werden Lücken innerhalb des Flächenverbandes nicht angezeigt. Im Feld „Maximale Lücke“ kann definiert werden, ab welcher Größe eine Lücke als korrekt interpretiert und von der Analyse übergangen wird. Im Bereich „Disketisierung“ kann die Anzahl der Messstellen ausgewählt werden. Im Bereich „Anzeige“ wird festgelegt, wie eine Abweichung angezeigt wird. Die Optionen „Kamm“ und „Hüllkurve“ legen fest, dass eine Abweichung über farbige Stacheln dargestellt wird, die über eine Hüllkurve verbunden sind (links unten). Die Länge der Stacheln kann im Feld „Skalieren“ festgelegt werden. Ist die Option „Kamm“ deaktiviert, werden alle Flächenübergänge mit einer farbigen Kurve überblendet, deren Farbwerte die Abstände anzeigen (links oben). Eine Farbskala (rechts) wird über die Option „Farbskala“ eingeblendet. Im Beispiel der Tabelle 4.29 ist die Verbindung dreier einzelner Flächen analysiert worden. Die Analyse zeigt eine Lücke zwischen der gekrümmten linken und der mittleren Fläche (gelbe Kurve). Die rechte und die mittlere Fläche weisen keine Lücke auf (blaue Kurve). Aufgrund der gelben Farbe kann die Größe der Lücke über die Farbskala auf einen Wert zwischen 0,01 und 0,055 mm geschätzt werden. Da im Fenster der Farbskala zugleich ein Höchstwert angegeben und nur eine Lücke vorhanden ist, kann die oben definierte Spanne auf einen Wertebereich von 0,01 bis 0,02 mm verringert werden. Da die Lücke einen konstanten Verlauf aufweist (Stacheln), kann mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Lückenbreite von 0,02 mm angenommen werden. Das deckt sich mit dem realen Wert der Lücke, der mit 0,02 mm für dieses Beispiel erzeugt wurde. Die Krümmung der Randkurve einer Fläche oder eines Flächenverbandes hat einen besonderen Einfluss an den Stellen, an denen Kantenoperationen an einem Volumenkörper angebracht werden. Sobald der Krümmungsradius einer Randkurve kleiner ist als ein Verrundungsradius oder eine Fasenlänge, kann eine Kantenoperation nicht berechnet werden. Die Verrundungs- oder Fasenfläche würde sich an der betreffenden Stelle überschlagen (vgl. Abschnitte 3.6.4.1 und 3.7.4.3).

267

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Tabelle 4.29: Automatische Verbindungsanalyse

Darstellungsarten der Analyse

Definition

Farbskala

Eine Analyse der Kurvenkrümmung kann ein Anwender in der Arbeitumgebung „Generative Shape Design“ über die Funktion „Krümmungsanalyse“ durchführen (Porcupine Curvature Analysis). Hierzu werden die Schaltfläche „Krümmungsanalyse mit Stacheln“ der Symbolleiste „Analyse“ und die zu analysierende Fläche oder der Flächenverband nacheinander selektiert. Es öffnet sich das Fenster „Krümmungsanalyse“, in dem die Anzeige der Stacheln und die Analyseart eingestellt werden kann. Ein besonders aussagefähiges Ergebnis wird erzielt, wenn im Auswahlfeld „Typ“ die Analyseform „Krümmung“ eingestellt wird und die Optionen „Umkehren“, „Automatisch“, „Kamm“ und „Hüllkurve“ aktiviert werden (Tabelle 4.30, rechts). Kritisch für eine Kantenoperation sind die konvexen Stellen einer Randkurve, an denen die Krümmungsanalyse einen hohen Ausschlag aufweist. Im abgebildeten Beispiel sind dies die zwei Stellen, an denen die nach unten orientierten Ausschlagsschlaufen zu finden sind (Tabelle 4.30, links). Das dritte Kriterium für die Güte eines Flächenelementes, das in ein Volumenmodell integriert ist, ist die Ausdehnung der Fläche oder des Flächenverbandes. Der Grund, die Ausdehnung als ein Gütekriterium zu werten, liegt darin, dass ein Volumenkörper oder eine Operation an Flexibilität und mathematischer Stabilität gewinnt, wenn eine große Fläche verwendet wird.

268

4.8 Integration einer Fläche 3D-Fenster

Analysefenster

Tabelle 4.30: Krümmungsanalyse der Randkurve einer Fläche

Der Sinn ist schnell erkannt, wenn man sich einen Block vorstellt, in dessen Definition eine Fläche als Begrenzungselement verwendet ist. Würde die Ausdehnung der Fläche exakt der Ausdehnung des Blockes entsprechen, führte jegliche Größenänderung des Blockes zu einem Aktualisierungsfehler des Volumenmodells (Tabelle 4.31). Weite Ausdehnung

Kontur des Blockes kann vergrößert werden.

Exakt auf Maß

Tabelle 4.31: Beispiel der Auswirkung der Ausdehnung einer Fläche

Eine Vergrößerung der Kontur führt zu einem Aktualisierungsfehler.

Eine zusammenfassende Übersicht der Kriterien einer Fläche oder eines Flächenverbandes, die auf eine hohe oder niedere Güte schließen lassen, gibt Tabelle 4.32.

269

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Tabelle 4.32: Merkmale einer hohen und niederen Flächengüte

Kriterium

Abstandsfläche möglich

Fläche

Flächenverband

Hohe Güte

Niedere Güte

Hohe Güte

Niedere Güte

Ja

Nein

Ja

Nein

Ja

Nein

Zusammenbauen möglich Knicke

Nein

Ja

Ja / Nein

Ja / Nein

Löcher u. Lücken

Nein

Ja

Nein

Ja

Nein

Ja

Nein

Ja

Überlappungen Exakt auf Maß

4.8.2

Nein

Ja

Prinzip der Randposition

Eine Fläche oder ein Flächenverband kann dazu dienen, einen Volumenkörper mit einer Freiformfläche zu versehen, ein gesamtes Volumenmodell zu begrenzen oder Stellen eines Volumenmodells zu ergänzen oder zu flicken, an denen eine spezifische Operation nicht möglich ist. In allen drei Fällen gebietet das Prinzip der Randposition, die Einbindung der Fläche oder des Flächenverbandes entweder an einer möglichst frühen Position im Konstruktionsbaum eines Körpers vorzunehmen oder an einer möglichst späten. Beides geschieht aus Gründen der Übersichtlichkeit. Wird eine Fläche oder ein Flächenverband an einer oberen Position im Konstruktionsbaum eingebunden, ist eine hohe Flächengüte (Abschnitt 4.8.1) ein entscheidendes Erfolgskriterium für die anschließende Modellierung des Volumenmodells. Eine frühe Position im Konstruktionsbaum eines Körpers ist dann geboten, wenn ein Volumenkörper mit einer Freiformfläche versehen werden soll. In diesem Fall erfolgt die Integration der Freiformfläche über einen flächenbasierten Volumenkörper oder das Begrenzungselement eines skizzenbasierten Volumenkörpers. Diese Art der Einbindung kommt der menschlichen Vorstellungskraft entgegen und fördert die Übersichtlichkeit eines Konstruktionsbaumes. Im Beispiel von Tabelle 4.33 ist ein Volumenmodell dargestellt, dessen obere Deckfläche eine Freiformfläche ist. Die Fläche wird direkt bei der Erstellung des ersten Volumenkörpers „Taste außen“ als ein Begrenzungselement in das Volumenmodell eingebunden. Wird ein Volumenmodell durch eine Fläche oder einen Flächenverband begrenzt oder schwierige Stellen geflickt, sollte das Flächenelement möglichst an einer späten Position im Konstruktionsbaum angeordnet werden. Die Integration des Flächenelementes erfolgt in diesem Fall durch eine Flächenoperation „Trennen“ oder „Fläche integrieren“.

270

4.8 Integration einer Fläche Volumenmodell

Block „Taste außen“

Tabelle 4.33: Einbindung einer Fläche an einer oberen Position im Konstruktionsbaum

Bild 4.12 zeigt als Beispiel für die Begrenzung eines gesamten Volumenmodells die obere Formhälfte eines Hebels, die an der Formtrennung eines Gesenkes beschnitten werden soll. Der Beschnitt erfolgt durch eine Flächenoperation „Trennen“ an der untersten Position im Konstruktionsbaum des Volumenmodells. Bild 4.12: Integration einer Fläche an einer späten Position im Konstruktionsbaum

4.8.3

Methodische Tipps

Die Prinzipien der Qualität und der Randposition der Abschnitte 4.8.1 und 4.8.2 lassen sich zu folgenden methodischen Tipps zusammenfassen: Tipp 1:

Die Qualität einer Fläche entscheidet immer, gleichgültig wie eine Fläche in ein Volumenmodell eingebunden wird, über den Erfolg oder Misserfolg einer anschließenden Volumenmodellierung.

271

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps

272

Tipp 2:

Eine Fläche ist qualitativ hochwertig, wenn keine extremen Krümmungen oder Löcher und Lücken vorhanden sind. Entscheidende Qualitätsmerkmale sind, ob eine Abstandfläche gebildet werden kann und die Fläche eine ausreichende Größe besitzt.

Tipp 3:

Die Krümmungen einer Fläche beeinflussen, ob ein Volumenkörper „Aufmaßfläche“ oder eine Operation „Aufmaß“ und „Schalenelement“ erzeugt werden kann. Die Berechnung einer Kantenoperation ist abhängig von den Krümmungen der Randkurven einer Fläche. Der Verlauf der Randkurven bestimmt den Erfolg der Berechnung eines Volumenkörpers „Fläche schließen“ oder einer Operation „Trennen“ und „Fläche integrieren“.

Tipp 4:

Soll ein Volumenkörper mit einer Freiformfläche versehen werden, erfolgt deren Einbindung an einer frühen Position im Konstruktionsbaum durch einen flächenbasierten Volumenkörper oder das Begrenzungselement eines skizzenbasierten Volumenkörpers.

Tipp 5:

Soll ein gesamtes Volumenmodell beschnitten werden, wird eine Fläche durch eine Operation „Trennen“ am Ende des Konstruktionsbaumes eines Körpers eingebunden. Das gleiche gilt für eine Operation „Fläche integrieren“, mit der Geometrien eingeflickt werden, wenn diese auf eine andere Weise nicht modelliert werden können.

4.9 Ändern einer Geometrie 4.8.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 4.8

a) Bitte tragen Sie in den leeren Feldern ein, welche Analysefunktion abgebildet ist und welcher Sachverhalt mit der jeweiligen Funktion geprüft werden kann.

Lösungsblatt 4.8

b) Bitte kennzeichnen Sie mit „Ja“ oder „Nein“, welches Kriterium das Kennzeichen einer hohen oder niederen Flächengüte ist.

Dauer 35 min

c) Bitte ordnen Sie zu: Welche V5Elemente, mit denen eine Fläche in ein Volumenmodell eingebunden werden kann, sollten eine frühe Position im Konstruktionsbaum erhalten, welche eine späte?

4.9

Übung 4.8: Integration einer Fläche

Ändern einer Geometrie

Ändern einer Geometrie bedeutet, bestehende Geometrieelemente maßlich zu verändern, zu löschen oder neue Geometrieelemente hinzuzufügen. Die Auswirkung einer Geometrieänderung auf ein Volumenmodell wird in hohem Maße von der CADMethodik bestimmt, nach der ein Volumenmodell erstellt ist. Eine zweite Einflussgröße ist die Art der Änderung an sich. Hier können zwei grundsätzliche Arten unterschieden werden: Eine Form der Änderung ist ein Löschen und Neuerstellen der gesamten vorhandenen Geometrie. Diese Art der Änderung, die häufig von einem CAD-Anfänger bevorzugt wird, hat den Vorteil, dass man sich nicht in einer bestehenden Datenstruktur auszukennen braucht. Sind in einer Datenstruktur mangels einer geeigneten CAD-Methodik viele Instabilitäten eingebaut worden, ist es häufig der einzige Weg zu einem schnellen Ergebnis. Wird unterstellt, dass ein CAD-Modell methodisch geeignet aufgebaut ist, führt diese Art der Änderung allerdings zu einem hohen Zeitaufwand, der vermieden werden kann. Das andere Extrem ist die Änderung und Aktualisierung eines Parameters. Dieses Ideal verspricht eine sehr schnelle Änderung. Es lässt sich allerdings nur in den Fällen realisieren, in denen ein CAD-Modell erstens vollständig parametrisiert ist und zweitens nur eine maßliche Änderung vorgenommen wird. Sehr komplexe Parametrisierungen erlauben zwar auch das scheinbare Hinzufügen und Entfernen von Ge-

273

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps ometrie, gaukeln diese allerdings nur durch eine Aktivierung und Deaktivierung von Geometrieelementen einem Anwender vor. Der Bereich der „Knowledge Ware“, mit der Geometrie generisch über Makros erzeugt werden kann, sei hier ausgeklammert. In der Praxis wird sich eine Geometrieänderung zwischen den beiden genannten Extremfällen bewegen. Ist ein Volumenmodell methodisch sauber aufgebaut worden, bietet es sich an, nach den Prinzipien des minimalen Eingriffs und des parallelen Ergänzens vorzugehen. Das Prinzip des minimalen Eingriffs erläutert das Vorgehen bei einer maßlichen Änderung oder einem Löschen, ohne diejenigen Geometrieelemente anzutasten, die bestehen bleiben sollen. Je weniger Geometrieelemente durch eine Änderung betroffen sind, desto einfacher kann die Änderung erfolgen. Das Prinzip des parallelen Ergänzens beschreibt, auf welche Weise Geometrie zu einem Volumenmodell hinzugefügt werden kann, ohne in ein bestehendes Abhängigkeitsnetz zu intensiv einzugreifen. Im Idealfall wird die ergänzte Geometrie in einem Abhängigkeitsnetz erstellt, das parallel zu dem bestehenden angeordnet ist.

4.9.1

Prinzip des minimalen Eingriffs

Das Prinzip des minimalen Eingriffs besagt, dass bei einer Änderung nur die geometrischen Elemente einer Modifikation unterliegen sollen, die verändert werden. Die geometrischen Elemente eines Volumenmodells sind allerdings immer über ein Abhängigkeitsnetz verknüpft. Daher wirkt sich eine Änderung auch auf diejenigen Elemente aus, die im Abhängigkeitsnetz hinter den geänderten Elementen folgen. Ist die Modifikation eine maßliche Änderung, sollten weder Geometrieelemente zu einem Volumenmodell ergänzt, noch aus diesem gelöscht werden. Vielmehr werden die Geometrieelemente gesucht und geändert, deren Parameter einen Einfluss auf das zu ändernde Maß haben. In der Regel sind dies die Abmessungen einer Kontur, die Begrenzungselemente eines Volumenkörpers oder die Werte einer Operation. Die Suche des zu ändernden Geometrieelementes kann über die Funktion „Objekt in Bearbeitung suchen oder definieren“ erfolgen. Um die Suche zu aktivieren, wird der gleichnamige Befehl im Kopfmenü unter dem Menüpunkt „Bearbeiten“ selektiert (Tabelle 4.34, links). Es öffnet sich ein Fenster „Navigieren“, über das ähnlich einem Videorecorder die Konstruktionshistorie eines Volumenmodells abgespielt werden kann (Tabelle 4.34, rechts). Wenn ein Element direkt im Konstruktionsbaum selektiert wird, erfolgt sofort eine Anzeige des entsprechenden Zustandes im 3D-Fenster. Folgende Schaltflächen des Navigators sind nicht selbst erklärend: Über die Schaltfläche „Grafik anzeigen“ kann zweites Fenster „Scan Graph“ geöffnet werden, in dem die Elemente des Konstruktionsbaumes in der Reihenfolge ihrer strukturellen Abhängigkeiten oder ihrer Aktualisierungen angezeigt werden (Tabelle 4.35, Mitte und rechts). Die Auswahl der Anzeige erfolgt über das Auswahlfeld des Fensters „Navigieren“. Die Auswahl „Structure“ steht für eine Anordnung gemäß der strukturellen Abhängigkeit der Geometrieelemente, „Update“ entsprechend der Reihenfolge der Aktualisierung.

274

4.9 Ändern einer Geometrie Benötigen einige Elemente eines Volumenmodells eine Aktualisierung, können diese gemäß der Reihenfolge des Fensters „Scan Graph“ (Auswahl „Update“) angesprungen und aktualisiert werden. Hierzu wird die Schaltfläche „Erstes zu aktualisierendes Element“ selektiert. Der Navigator springt zu demjenigen Geometrieelement, das innerhalb der Aktualisierungssequenz des Volumenmodells als nächstes ein Update benötigt und führt eine Aktualisierung durch. Diese Schaltfläche kann nur verwendet werden, wenn in den CATIA-Optionen in der Karte „Infrastruktur/Teileinfrastruktur Allgemein“ ein manuelles Aktualisieren eingestellt ist. Ist das gesuchte Element im Konstruktionsbaum gefunden, kann es direkt über ein Doppelklicken im Konstruktionsbaum editiert werden. Das Element wird zugleich in den Zustand „in Bearbeitung“ gesetzt. Alternativ kann im Fenster „Navigieren“ die Stop-Taste betätigt werden und anschließend ein Editieren erfolgen. Befehl

Original

Fenster „Navigieren

Auswahl „Structure“

Auswahl „Update“

Tabelle 4.34: Funktion „Objekt in Bearbeitung suchen oder definieren“

Tabelle 4.35: Darstellungsarten des Konstruktionsbaumes

Ein Beispiel das Ablaufs einer maßlichen Änderung gibt Tabelle 4.36. Es liege der abgebildete Volumenkörper vor, dessen orange markierte Teilfläche um einige Millimeter nach hinten versetzt werden solle (links). Hierzu wird über die Funktion

275

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps „Objekt in Bearbeitung suchen oder definieren“ das Geometrieelement gesucht, das die zu ändernde Teilfläche erzeugt. In dem Beispiel ist dies die dunkelblau eingefärbte Tasche (Mitte). Die Skizze der Tasche wird durch eine Doppelselektion geöffnet und durch eine Änderung der Bedingungen in der Skizze das zugehörige Konturelement versetzt. Nach einer Aktualisierung des Volumenmodells ist die Teilfläche an der neuen Position (rechts). Tabelle 4.36: Beispiel einer maßlichen Änderung

Ausgangszustand

Suche des Elementes

Änderungszustand

Ist die Modifikation das Löschen einer Teilgeometrie, sollten vor dem Löschen die Auswirkungen des Löschvorgangs über das Abhängigkeitsnetz des Volumenmodells kontrolliert werden. Alle Elemente, die rechts von der zu löschenden Geometrie im Abhängigkeitsnetz zu finden sind, werden durch den Löschvorgang mit entfernt werden oder nicht mehr vollständig definiert sein. Wurde beim Modellieren auf ein breites Abhängigkeitsnetz geachtet (Abschnitte 4.1 und 4.2), sind dies in der Regel wenige Elemente. Handelt es sich bei einem abhängigen Element um einen skizzenbasierten Volumenkörper, so kann in der Regel die Abhängigkeit von dem zu löschenden Element dadurch gelöst werden, indem dessen Skizze isoliert wird (vgl. Abschnitt 3.3.3.1). Die Isolation sollte vor dem Löschvorgang erfolgen, um die Anzahl der Fehlermeldungen während der Aktualisierung zu minimieren. Ist das abhängige Element eine Operation, so empfiehlt sich, während der Aktualisierung die entsprechende Fehlermeldung abzuwarten und anschließend die Operation zu editieren oder zu löschen. Um einen optimalen Einfluss auf die Meldungen von CATIA zu haben, sollten in den CATIA-Optionen in der Karte „Infrastruktur /Teileinfrastruktur /Allgemein“ die Optionen „Aktualisierung beim ersten Fehler stoppen“ und „Zeigt das Dialogfenster LÖSCHEN an“ aktiviert sein. Der Vorgang des Löschens einer Geometrie soll anhand eines Beispiels erläutert werden. Die linke obere Abbildung der Tabelle 4.37 zeigt den Ausgangszustand. Es liegen zwei verrundete Blöcke „Grundblock“ und „Aufsatz“ vor, von denen eine senkrecht orientierte Tasche abgezogen ist. Es solle der Aufsatz gelöscht werden. Im ersten Schritt wird das Abhängigkeitsnetz des zu löschenden Elementes „Aufsatz“ kontrolliert (rechts oben, oberes Bild). Das Abhängigkeitsnetz weist eine Abhängigkeit der Skizze der Tasche von dem Aufsatz aus. Die Skizze der Tasche wird daher isoliert, indem über das Kontextmenü im Konstruktionsbaum der Befehl „Ob-

276

4.9 Ändern einer Geometrie jekt Skizze.3 /Stützelement für Skizze ändern“ ausgeführt und als Skizzenart „Isoliert“ ausgewählt wird. Ein anschließende zweite Kontrolle zeigt den Erfolg der Isolation (rechts oben, unteres Bild). Im zweiten Schritt wird das Element „Aufsatz“ gelöscht. Da von dem Element noch zwei Kantenverrundungen abhängen, öffnet CATIA das Fenster „Löschen“ und zeigt alle zu löschenden Elemente im Konstruktionsbaum an (links unten). Da die Kantenverrundungen die Verrundungen des Aufsatzes sind, wird die Option „Alle untergeordneten Element löschen“ aktiviert und diese in einem Schritt gelöscht. Das Editieren eines Elementes ist nicht notwendig, da keine weiteren Elemente von dem Aufsatz abhängen. Nach einer Aktualisierung des Volumenmodells ist die Änderung erfolgreich vollzogen (rechts unten).

4.9.2

Ausgangszustand

Schritt 1: Isolieren

Schritt 2: Löschen

Änderungszustand

Tabelle 4.37: Beispiel des Löschens einer Geometrie

Prinzip des parallelen Ergänzens

Das Prinzip des parallelen Ergänzens besagt, dass Geometrieelemente, die zu einem Volumenmodell hinzugefügt werden, dessen Abhängigkeitsnetz nur minimal beeinflussen dürfen. Dies ist insbesondere dann erfüllt, wenn das Abhängigkeitsnetz

277

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps der neu erstellten Elemente keine oder geringe Verknüpfungen mit dem bestehenden Netz aufweist oder eine Operation um zusätzliche Flächen oder Kanten erweitert wird. Ein Anwender kann diese Forderung in der Regel dann erfüllen, wenn sein Volumenmodell nach den Prinzipien der Dekomposition und des Schnitzens aufgebaut ist (Abschnitt 4.2). In diesem Fall wirkt sich eine Änderung in den meisten Fällen nur auf den Körper des Volumenmodells aus, in dem die Ergänzung stattfindet. Die Änderungen innerhalb des Körpers können allerdings je nach Anwendungsfall durchaus ein größeres Ausmaß annehmen. Wird ein zusätzlicher Körper im Volumenmodell erzeugt, sind im Anhängigkeitsnetz nur noch diejenigen Operationen von der Änderung betroffen, welche die Körper des Volumenmodells verknüpfen. Die Änderung des betroffenen Körpers erfolgt, indem positive oder negative Volumenkörper sowie Operationen ergänzt werden. Wird ein Volumenkörper ergänzt, ist strikt darauf zu achten, dass die Strukturierung des zu ändernden Körpers, die Auswahl des Volumenkörpers und die Erzeugung einer Kontur gemäß den Prinzipien der Einfachheit, der Operation, der Scharfkantigkeit und der Ausgliederung erfolgen (Abschnitte 4.4 und 4.5). Es ist meistens einfacher, einen zusätzlichen Volumenkörper mit einer eigenen Kontur zu ergänzen, als eine bestehende Kontur zu verändern. Denn an den Elementen einer Kontur hängen in der Abhängigkeitskette des internen Datenmodells die Teilflächen, Kanten und Scheitelpunkte eines Volumenmodells. Alle Operationen, die sich darauf beziehen, können bei der Änderung einer Kontur beschädigt werden. Die Suche des zu ändernden Körpers erfolgt über die Funktion „Objekt in Bearbeitung suchen oder definieren“ (vgl. Abschnitt 4.9.1). Die geeignete Stelle innerhalb des Körpers wird gemäß des Prinzips der Dekomposition und des Schnitzens (Abschnitt 4.4.1) bestimmt. Die theoretischen Ausführungen sollen im folgenden durch ein Beispiel verdeutlicht werden. Als Ausgangssituation liege eine Schale mit Rippen vor, die methodisch korrekt gemäß der Abschnitte 4.1 bis 4.7 aufgebaut sei (Tabelle 4.38). Die Schale sei aus den Körpern „Schalenkörper“ und „Rippen“ zusammengesetzt, die miteinander über die Operation „Rundung Rippen-Schale“ verrundet seien. Der Schalenkörper selbst sei aus zwei Körpern „Boden“ und „Flansch“ aufgebaut. Die Höhe der Rippen und der Schale werde über zwei Ebenen „Höhe Schale“ und „Höhe Rippen“ festgelegt, die als Steuergeometrie definiert seien. Die Schale soll um eine zusätzliche Rippe und einen Anschraubdom ergänzt werden. Da die Prinzipien der Abschnitt 4.1 bis 4.7 eingehalten sind, sind im Abhängigkeitsnetz des Volumenmodells die einzelnen Körper voneinander unabhängig gehalten worden (Bild 4.13). Die Geometrieelemente der Körper sind nur durch die Verrundungsoperationen im Abhängigkeitsnetz verknüpft, welche die entsprechende Geometrie gegeneinander verrunden. Damit liegt eine optimale Ausgangssituation vor, um das Prinzip des parallelen Ergänzens durchzuführen.

278

4.9 Ändern einer Geometrie Konstruktionsbaum

3D-Geometrie

Tabelle 4.38: Volumenmodell einer verrippten Schale im Ausgangszustand

Bild 4.13: Abhängigkeitsnetz der verrippten Schale im Ausgangszustand

Die beiden Änderungen betreffen den Körper „Rippen“. Die Ergänzung der zusätzlichen Rippe kann direkt in der Kontur „Skizze Rippen“ erfolgen. Dadurch sind maximal die Kantenverrundungen „Rundung1 Rippen“, „Rundung2 Rippen“ und „Rundung Rippen-Schale“ betroffen. Da in der Skizze keine Elemente gelöscht werden, wird voraussichtlich eine Aktualisierung des Volumenmodells ohne einen Fehler möglich sein. Auch wenn die Kantenverrundungen im ersten Schritt nicht angepasst werden. Alternativ könnte die zusätzliche Rippe über einen zweiten Volumenkörper erzeugt werden. Die Ergänzung des Schraubdoms erfolgt über einen zusätzlichen Volumenkörper im Körper „Rippen“. Wenn der Schraubdom in Abhängigkeit von der Ebene „Höhe Rippen“ erzeugt wird, kann er parallel zu dem bestehenden Abhängigkeitsnetz eingefügt werden.

279

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps Tabelle 4.39 und Bild 4.14 zeigen den Konstruktionsbaum, die 3D-Geometrie und das Abhängigkeitsnetz der verrippten Schale im Änderungszustand. Die geänderten oder ergänzten Elemente sind orangefarben hinterlegt dargestellt. Die Aktualisierung des Volumenmodells konnte ohne einen Fehler durchgeführt werden. Das Abhängigkeitsnetz aus Bild 4.13 wurde um die Elemente des Schraubdoms parallel zu den bestehenden Verknüpfungen ergänzt. Die Knoten des alten Abhängigkeitsnetzes wurde nicht verändert. Tabelle 4.39: Volumenmodell der verrippten Schale im Änderungszustand

Bild 4.14: Abhängigkeitsnetz der verrippten Schale im Änderungszustand

280

Konstruktionsbaum

3D-Geometrie

4.9 Ändern einer Geometrie Um nun die Änderung zu komplettieren, müssten jetzt nur noch die Kantenverrundungen „Rundung1 Rippen“, „Rundung2 Rippen“ und „Rundung Rippen-Schale“ um die neu entstandenen Kanten erweitert werden. Über die Kantenverrundung „Rundung Rippen-Schale“ würde dann die parallel zum bestehenden Abhängigkeitsnetz durchgeführte Ergänzung vollständig mit dem übrigen Abhängigkeitsnetz verknüpft werden.

4.9.3

Methodische Tipps

Die Prinzipien des minimalen Eingriffs und des parallelen Ergänzens der Abschnitte 4.9.1 und 4.9.2 lassen sich zu folgenden methodischen Tipps zusammenfassen: Tipp 1:

Eine maßliche Änderung sollte durch die Anpassung eines Parameters erfolgen. In den meisten Fällen ist dies ein Parameter einer Skizze, eines Begrenzungselementes oder einer Operation.

Tipp 2:

Vor dem Löschen einer Geometrie sollten dessen Auswirkungen im Abhängigkeitsnetz des Volumenmodells überprüft werden. Skizzen, die von dem zu löschenden Element abhängen, sollten vor dem Löschen isoliert werden. Die Optionen „Aktualisierung beim ersten Fehler stoppen“ und „Zeigt das Dialogfenster LÖSCHEN an“ sollten aktiviert sein

Tipp 3:

Wird eine positive oder negative Geometrie ergänzt, erfolgt dies über das Hinzufügen eines Volumenkörpers in dem entsprechenden Körper des Volumenmodells. Bei größeren Ergänzungen erfolgt die Erzeugung der Geometrie in einem zusätzlichen Körper.

Tipp 4:

Es ist im Zweifelsfall einfacher, einen weiteren Volumenkörper zu ergänzen, als die Kontur eines vorhandenen Volumenkörpers zu verändern. Nur das Hinzufügen von 2D-Elementen in eine bestehende Kontur ist unkritisch.

Tipp 5:

Durch eine Änderung können Kanten oder Teilflächen entstehen, die eine Verrundung oder Ausformung benötigen. Es ist zu überprüfen, ob die Verrundung oder Ausformung dieser Elemente dadurch erreicht werden kann, indem eine bestehende Operation erweitert wird.

281

4 CAD-Funktionsmethodik und methodische Tipps 4.9.4

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 4.9: Ändern einer Geometrie

Aufgabenblatt 4.9

Lösungsblatt 4.9

Dauer 30 min

282

a) Bitte nennen Sie für die beiden aufgeführten Arten des Änderns einer Geometrie mögliche Vor- und Nachteile. Welcher Weg wird in der Praxis beschritten? b) Bitte beschreiben Sie in Stichworten den groben Ablauf der unten aufgeführten Änderungsvorgänge. c) Bitte beschreiben Sie mit eigenen Worten, warum anhand des abgebildeten Abhängigkeitsnetzes zu erkennen ist, dass der Schraubdom nach dem Prinzip des parallelen Ergänzens eingefügt wurde. Warum ist das Abhängigkeitsnetz änderungsfreundlich gegliedert?

5 CAD-Prozessmethodik Während in der Vergangenheit das Hauptkommunikationsmittel einer Konstruktion eine technische Zeichnung war, besitzt heute das zur Zeichnung gehörige Volumenmodell eine mindestens gleichwertige Stellung. Insbesondere die Möglichkeit, ein Volumenmodell für digitale Prototypen zu verwenden oder aus dessen Geometrie Fertigungsprogramme abzuleiten, haben diesen Trend verstärkt. Aus diesem Grund wird im folgenden auf einige Aspekte der CAD-Prozessmethodik von CATIA V5 eingegangen. Eine CAD-Prozessmethodik beschreibt, wie ein Volumenmodell aufgebaut sein sollte, um in einer gesamten CAD-Prozesskette ohne Methodikbrüche verwendet werden zu können. Eine CAD-Prozesskette ist eine Folge der Phasen, die ein Volumenmodell während seiner Existenz durchläuft. Ist ein Volumenmodell für eine CAD-Prozesskette optimiert, kann es von den Prozessschritten, die der Modellierung des Bauteils folgen, ohne eine wesentliche Nachbearbeitung verwendet werden. Diejenigen Personen, die ein Volumenmodell zuerst erzeugen, bestimmen somit über den Aufwand, den Kollegen, Dienstleister oder Kunden in nachfolgenden Bearbeitungsschritten haben. In diesem Kapitel werden zum einen die Phasen einer CAD-Prozesskette beschrieben und zum anderen die Anforderungen dargestellt, die eine Phase an ein Volumenmodell stellt. Hierbei wird berücksichtigt, dass zu Beginn einer Prozesskette häufig noch nicht feststeht, nach welchem Fertigungsverfahren ein Bauteil gefertigt werden wird. Zu jeder Phase, die für die Modellierung eines Volumenmodells wesentlich sind, werden anschließend Methodiken beschrieben, welche die Ausführungen der Basis- und Funktionsmethodik der Kapitel 3 und 4 auf das Niveau einer Prozessmethodik heben. Hierbei werden Spezialmodule von CATIA V5 nicht berücksichtigt, sondern Methodiken aufgezeigt, die sich mit den Arbeitsumgebungen „Part Design“ und „Generative Shape Design“ realisieren lassen.

5.1

CAD-Prozesskette

Eine CAD-Prozesskette besitzt eine allgemeine und eine spezifische Ausprägung. Eine allgemeine CAD-Prozesskette beschreibt den Lebenszyklus eines Bauteils in allgemeingültiger Form. Sie ist in mehrere Phasen unterteilt, die jeweils einen Abschnitt im Lebenszyklus des Bauteils beschreiben. In den ersten Phasen der CADProzesskette erfolgt die Schöpfung des Bauteils, in den letzten Phasen dessen Pflege. Je nachdem, welche Fertigungstiefe ein Unternehmen besitzt oder welche Dienstleistungen es erbringt, kann ein Konstrukteur nur mit Teilen der CADProzesskette konfrontiert sein. Eine spezifische CAD-Prozesskette beschreibt die Prozesskette einer Gruppe von Bauteilen, die nach demselben Fertigungsverfahren gefertigt werden. Generelle Fertigungsverfahren sind Urformen, Umformen, Fügen und Zerspanen.

283

5 CAD-Prozessmethodik 5.1.1

Allgemeine CAD-Prozesskette

Die allgemeine Prozesskette eines Volumenmodells lässt sich in sieben Phasen einteilen (Tabelle 5.1): Tabelle 5.1: Phasen im Lebenszyklus eines Volumenmodells

Phase

Anforderungen an ein Volumenmodell

Designphase

keine

keine

Konzeptphase

schnelle Erzeugung

wenige Details

Detaillierungsphase

einfaches Ändern und Erweitern

sehr viele Details

Berechnung

einfaches Reduzieren der Geometrie

viele Details

Vorserienphase

einfaches Ändern

sehr viele Details

Arbeitsvorbereitung

einfaches Abgreifen von Teilgeometrien, Konturen und Positionen

sehr viele Details

Serienbetreuung

einfaches Ändern und Erweitern

sehr viele Details

Die erste Phase ist die Designphase. In dieser Phase erfolgt die Gestaltung der geometrischen Form eines Bauteils. In der Regel wird hierbei von einer Designabteilung die äußere Gestalt einer kompletten Baugruppe in Form von Flächen vorgegeben. Ein einzelnes Bauteil erhält dadurch Teile seiner Form in der Ausprägung von Designflächen. Die Anschlüsse, den die Bauteile der Baugruppe untereinander haben, werden nicht festgelegt. Trägt ein Bauteil nicht zu der äußeren Gestalt einer Baugruppe bei oder ist die Form von einer untergeordneten Bedeutung, wird die Designphase übersprungen. Die Designphase selbst stellt keine Anforderungen an ein Volumenmodell, aber bestimmt durch die Qualität der erzeugten Flächen maßgeblich die nachfolgenden Aufwände (vgl. Abschnitt 4.8). In der zweiten Phase, der Konzeptphase, wird das Konzept einer Konstruktion erstellt. Es steht die schnelle Erzeugung einer Geometrie im Vordergrund, um Ideen und Lösungsansätze bewerten zu können. Details sind in einer Konzeptphase nur bedingt wichtig. Scharfkantige Geometrien, welche die Funktion, Lage und Größe eines Bauteils abbilden, sind in den meisten Fällen ausreichend. Um ein Konzept darzustellen, wird entweder ein vorhandenes altes Bauteil verwendet oder ein Bauteil grob skizziert. Eine CAD-Methodik fokussiert in dieser Phase die Strukturierung eines Bauteils, deren Ergebnis schnell erzeugt und im folgenden Prozess weiterverwendet werden kann. In der anschließenden Detaillierungsphase wird die Geometrie eines Bauteils verfeinert. Die Geometrie wird ergänzt, indem neue Geometrieelemente hinzugefügt und bestehende Geometrieelemente um Verrundungen und Ausformschrägen detailliert werden. Die Geometrie wird geändert, indem Geometrieelemente entfallen und bestehende Formen modifiziert werden. In dieser Phase trägt eine durchdachte und

284

5.1 CAD-Prozesskette konsequent angewendete CAD-Funktionsmethodik besonders viele Früchte. Dieselben Anforderungen stellen die Vorserienphase und die Serienbetreuung, die sich an die Detaillierungsphase anschließen. Die Berechnung eines Bauteils erfolgt iterativ und parallel zu den im vorhergehenden Absatz beschriebenen Phasen und stellt sicher, dass ein Bauteile den Belastungen seiner technischen Funktion gerecht wird. Die Berechnung erfordert häufig eine andere Geometrie, als in der Detaillierungs-, Vorserien- und Serienbetreuungsphase erstellt wird. In der Regel werden Details wieder entfernt. Hierzu zählen kleinere Verrundungen oder Absätze. Um diesen Prozessabschnitt zu unterstützen, muss ein Bauteil flexibel und übersichtlich definiert sein und sich einfach reduzieren lassen. Auch dieser Anforderung wird durch eine konsequent umgesetzte CADFunktionsmethodik Rechnung getragen. Die Phase, in der ein Volumenmodell den Schritt von der virtuellen in die reale Welt vollzieht, ist die Arbeitsvorbereitung als Schnittstelle zur Fertigung. Für die Arbeitsvorbereitung ist neben einem übersichtlich gegliederten CAD-Modell von Bedeutung, dass sich technologische Elemente im Volumenmodell wiederfinden und Teilgeometrien direkt weiterverwenden lassen. Ziel ist es, für die einzelnen Arbeitsschritte der Fertigung des Bauteils die erforderliche Geometrie zu extrahieren. Diese Anforderungen gehen über eine reine CAD-Funktionsmethodik hinaus.

5.1.2

Spezifische CAD-Prozessketten

Eine spezifische Prozesskette wird durch das angewendete Fertigungsverfahren definiert. Häufig werden in einer Prozesskette mehrere Fertigungsverfahren kombiniert. Die Fertigungsverfahren, in deren Prozessketten ein Volumenmodell verwendet wird, sind: • Gießen, • Spritz- und Druckgießen, • Schmieden, • Schweißen und • Zerspanen. Gießen bezeichnet das Urformen eines Bauteils aus einem flüssigen Metall oder Kunststoff. Das flüssige Material wird in eine Form gegossen, die nach dem Erstarren entfernt wird. Wird die Form nach dem Gießen verworfen, wird diese Form als verlorene Form bezeichnet. Kann die Form wiederverwendet werden, spricht man von einer erhaltenen Form. Spezifische Ausprägungen des Gießens in eine erhaltene Form sind das Spritz- und Druckgießen. Die Form wird hierbei in eine Düsen- und eine Auswerferseite aufgeteilt. Hinterschnitte werden über formergänzende Elemente, die Schieber, realisiert. Spritz- und Druckgießen zeichnen sich durch eine hohe Automatisierung des Gießprozesses und hohe Stückzahlen aus. Schmieden ist das Umformen eines Bauteils in einem Gesenk. Ein urgeformtes Bauteil, dessen Form mehr oder weniger der Geometrie des Fertigteils entspricht, wird in einem oder mehreren Schritten zum Fertigteil umgeformt. Die Schritte werden als

285

5 CAD-Prozessmethodik Schläge bezeichnet. Der erste Schlag ist der Vorschlag, mit dem eine grob angenäherte Geometrie erzeugt wird. Der letzte Schlag wird Fertigschlag oder Kalibrierschlag genannt. Der Fertig- oder Kalibrierschlag erzeugen die Geometrie des Fertigteils. Für jeden Schlag existiert ein Gesenk, das in den meisten Fällen aus zwei Formhälften besteht. Beim Schweißen werden mehrere Bauteile zu einer Baugruppe zusammengefügt, die sich nicht mehr gewaltfrei zerlegen lässt. Eine geschweißte Baugruppe steht damit im Gegensatz zu einer geschraubten oder genieteten. Als Zerspanen wird der Prozess bezeichnet, in dem durch spanende Bearbeitung aus einem urgeformten, geschmiedeten oder geschweißten Rohteil ein Fertigteil erzeugt wird. Gängige Verfahren sind, von dem Rohteil durch Drehen, Fräsen oder Bohren Material abzutragen. Häufig reiht sich der Prozess des Zerspanens an die oben geschilderten Prozesse an. Eine CAD-Prozessmethodik einer spezifischen Prozesskette stellt Regeln auf, wie ein Volumenmodell zu strukturieren ist, um im gesamten Prozess ohne eine wesentliche Nachbearbeitung verwendet werden zu können.

5.1.3

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 5.1: Allgemeine CADProzesskette

Aufgabenblatt 5.1

Bitte machen sich Gedanken zu dem CAD-Prozess, in den Sie eingebunden sind: An welchen Phasen des CAD-Prozesses sind Sie beteiligt?

Lösungsblatt -

Dauer 30 min

286

Welche Anforderungen stellen die jeweiligen Kollegen oder Kunden an Ihre CAD-Daten? Worüber beschweren sich die Kollegen oder Kunden? Worüber fragen sie häufig bei Ihnen nach? Wenn Sie CAD-Daten erhalten und weiterverarbeiten: Was erleichtert Ihnen die Arbeit? Was erschwert Ihnen die Weiterverarbeitung? Welche Probleme mit dem CAD-System tauchen auf, wenn Sie ein CAD-Modell in der jeweiligen Phase bearbeiten?

5.2 Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette 5.2

Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CADProzesskette

Die verschiedenen Phasen eines Volumenmodells fordern generell von einer CADMethodik (vgl. Tabelle 5.1): • schnelles Erzeugen einer Geometrie, • einfaches Ändern einer Geometrie, • übersichtliches CAD-Modell und • technologisch gegliedertes CAD-Modell. Wird ein Volumenmodell durch die allgemeine CAD-Prozesskette begleitet, steht zu Beginn in vielen Fällen noch nicht fest, nach welchem Fertigungsverfahren das Bauteil gefertigt werden wird. Aus diesem Grund wird in der Betrachtung der allgemeinen CAD-Prozesskette der folgenden Abschnitte nicht auf die technologische Gliederung eines Volumenmodells und die Phase der Arbeitsvorbereitung eingegangen. Allerdings wird darauf geachtet, dass sich eine technologische Gliederung mit wenigen Handgriffen nachträglich ableiten lässt. Der Aspekt der technologischen Gliederung wird in den spezifischen Prozessketten des Abschnitts 5.3 behandelt. Neben der Arbeitsvorbereitung soll im folgenden auch die Berechnung aus der Betrachtung ausgeklammert werden, da diese mit der Volumenmodellierung im engeren Sinne nichts mehr zu tun hat. Für die Berechnung ist wichtig, ein Volumenmodell möglichst einfach an die Belange anzupassen, die eine Vernetzung an die Geometrie stellt. Werden insbesondere die Aspekte der CAD-Funktionsmethodik des Kapitels 4 eingehalten, kann diesem Wunsch zweckorientiert entsprochen werden. Alle weiteren Phasen der allgemeinen CAD-Prozesskette werden in den folgenden Abschnitten eingehend aus Sicht der oben aufgeführten Anforderungen betrachtet.

5.2.1

Design- und Konzeptphase

Das Leben eines Volumenmodells beginnt mit der Konzeptphase. In der Konzeptphase werden die groben Abmessungen und Parameter eines Volumenmodells festgelegt. Hat das modellierte Bauteil einen Einfluss auf die geometrische Form einer Baugruppe, können als Vorgabe in der Konzeptphase zusätzlich eine oder mehrere Designflächen vorliegen. Wichtige Einflussgrößen in der Konzeptphase sind zusätzlich die geometrischen Schnittstellen zu den umgebenden Bauteilen. Geometrische Schnittstellen sind Auflageflächen und Loch- oder Durchgangspositionen. Diese geometrischen Abmessungen werden durch die Steuergeometrie und Parameter eines Volumenmodells beschrieben (vgl. Abschnitt 4.3). Zusätzlich wird in dieser grundlegenden Phase vom Konstrukteur die Basis des methodischen Aufbaus eines Volumenmodells gelegt. Der methodische Aufbau ist durch die grobe Struktur des Konstruktionsbaumes definiert (vgl. Abschnitt 4.2).

287

5 CAD-Prozessmethodik 5.2.1.1 Steuergeometrie und Parameter Es empfiehlt sich, die groben Abmessungen und die geometrischen Schnittstellen als Steuergeometrie eines Bauteils abzubilden. Hierbei sollte nach dem Prinzip der Notwendigkeit vorgegangen werden, um nur die notwendigen Elemente als Steuergeometrie zu definieren (Abschnitt 4.3.1). Die Hauptabmessungen des Bauteils und die Nebenabmessungen, die eine hervorstehende Bedeutung für das Bauteil haben, werden zusätzlich gemäß des Prinzips der Parameter als Parameter im Konstruktionsbaum erzeugt (Abschnitt 4.3.2). Über Formeln werden die Parameter anschließend mit der Steuergeometrie verknüpft. Werden in der Steuergeometrie Schnittstellen zu anderen Bauteilen einer Baugruppe abgebildet, können diese über eine Drahtgeometrie erzeugt werden, die assoziativ oder nicht assoziativ mit den anderen Bauteilen der Baugruppe verknüpft ist. Eine nicht assoziative Drahtgeometrie besitzt keinen Aktualisierungsbezug zu einem zweiten Bauteil, dessen Maße geometrisch abgegriffen sind. Eine assoziative Drahtgeometrie verändert sich, wenn die ursprünglichen Geometrieelemente des verknüpften Bauteils modifiziert werden. Es gibt drei grundsätzliche Möglichkeiten, einen geometrischen Bezug zwischen zwei Bauteilen zu erstellen: Im ersten Fall erfolgt das Erstellen des Bezuges durch ein Kopieren und Einfügen der geometrischen Schnittstelle aus einem zweiten Bauteil. Das benötigte Geometrieelement wird hierzu selektiert und über den Befehl „Bearbeiten /Kopieren“ in die Zwischenablage kopiert. Anschließend wird es in dem Bauteil, in dem es verwendet werden soll, über den Befehl „Bearbeiten /Einfügen Spezial /Als Ergebnis“ oder „Bearbeiten /Einfügen Spezial /Als Ergebnis mit Verknüpfung“ eingefügt. Wird die erste Kombination verwendet, ist der Bezug nicht assoziativ. In der zweiten Kombination werden die beiden Bauteile miteinander verknüpft. Bild 5.1: Karte „Infrastruktur /Teileinfrastruktur /Allgemein“

288

5.2 Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette Eine zweite Möglichkeit ist, einen geometrischen Bezug während der Anwendung einer Funktion zu erstellen, indem geometrische Elemente eines zweiten Bauteils als Eingangselemente der Funktion verwendet werden. Soll der Bezug assoziativ sein, wird hierzu in den CATIA Optionen in der Karte „Infrastruktur /Teileinfrastruktur /Allgemein“ die Option „Verknüpfung mit ausgewähltem Objekt beibehalten“ eingeschaltet (Bild 5.1). Wenn dann bei der Anwendung der Funktion ein Geometrieelement eines zweiten Bauteils selektiert wird, wird das Geometrieelement als assoziative Kopie in dem aktuellen Bauteil abgelegt. Ist die Option deaktiviert, wird das selektierte Element ohne Assoziativität kopiert. In beiden Fällen entsteht neben dem Ergebnis der Funktion eine Kopie des Geometrieelementes in dem aktuellen Volumenmodell. Ist keine Kopie des Geometrieelementes erwünscht, das als geometrische Schnittstelle verwendet wird, kann ein dritter Weg beschritten werden. Für diesen Weg gibt es zwei Alternativen: Als erste Alternative kann vor dem Anwenden einer Funktion die Schaltfläche „Bezugselement erzeugen“ der Symbolleiste „Tools“ selektiert werden. In diesem Fall wird weder eine Kopie des Geometrieelementes, noch eine Verknüpfung erstellt, auch wenn die Option „Verknüpfung mit ausgewähltem Objekt beibehalten“ aktiviert ist. Es wird nur das Ergebnis der Funktion erzeugt, dessen Isolation durch einen roten Blitz gekennzeichnet ist. Die Schaltfläche ist allerdings nur in den Arbeitsumgebungen „Flächenerzeugung“ oder „Wireframe and Surface Design“ verfügbar. Ist die geometrische Schnittstelle mit dem zweiten Bauteil eine planare Fläche, bietet es sich an, als Steuergeometrie eine Ebene zu verwenden. CATIA V5 stellt zum Erzeugen einer nicht assoziativen Ebene in der Arbeitsumgebung „Part Design“ eine sehr elegante Funktion zur Verfügung, die ein schnelles Erzeugen der Ebene erlaubt und eine nachträgliche Modifikation offen hält (Tabelle 5.2). Kompass setzen

Befehl

Gleichungsebene

Tabelle 5.2: Erzeugen einer editierbaren, nicht assoziativen Ebene

289

5 CAD-Prozessmethodik Um diese zweite Alternative auszuführen, wird im ersten Schritt der Kompass auf die planare Fläche gesetzt, die als geometrische Schnittstelle abgegriffen werden soll (linke Spalte). Anschließend wird die Schaltfläche „Ebene“ der Symbolleiste „Referenzelemente“ selektiert und eine Gleichungsebene ausgewählt. Über die Schaltfläche „Senkrecht zum Kompass“ wird eine Ebene an der Position des Kompass erzeugt (rechte Spalte). Der Kompass kann anschließend wieder entfernt werden. Analog kann die Position einer Gleichungsebene verändert werden, falls sich die Position der geometrischen Schnittstelle geändert hat. Wird ein assoziativer Bezug zwischen zwei Bauteilen erstellt, wird in dem Bauteil, das auf das zweite Bauteil verweist, der Kontext der Verknüpfung gespeichert. Der Kontext ist das CATProduct, über das beide Bauteile zum Zeitpunkt der Verknüpfungserstellung verbunden waren. Es ist eine Art „Trauzeuge“. Ein Bauteil kann nur einen Kontext besitzen. Je nachdem, wo sich der Kontext im Konstruktionsbaum einer Baugruppe befindet, wird zwischen einem Wurzelkontext und einem minimaler Kontext unterschieden (Tabelle 5.3). Ein Wurzelkontext liegt vor, wenn der obersten Knoten des Konstruktionsbaumes einer Baugruppe, der Kontext ist. Bei der Erstellung einer assoziativen Verknüpfung wird der oberste Knoten als Kontext gespeichert, wenn in den CATIA Optionen in der Karte „Infrastruktur /Teileinfrastruktur /Allgemein“ die Option „Rootkontext in Baugruppe verwenden“ aktiviert ist. Ein Wurzelkontext wird an dem Bauteil, das über eine assoziative Verknüpfung verfügt, über ein grünes Zahnrad und eine blaue Klammer symbolisiert (Tabelle 5.3, links oben). In dem abgebildeten Beispiel ist die Baugruppe 1 der Kontext der Verknüpfung zwischen den Bauteilen 1 und 2 und zugleich der oberste Knoten im Konstruktionsbaum. Ein minimaler Kontext liegt vor, wenn der Kontextknoten nicht der oberste Knoten im Konstruktionsbaum ist. Dies ist dann der Fall, wenn ein Knoten, der Wurzelkontext ist, in eine übergeordnete Baugruppe eingefügt wird. Wird eine assoziative Verknüpfung erstellt, kann erzwungen werden, dass nicht der Wurzelknoten Kontext wird, sondern der Knoten, der unmittelbar die zwei beteiligten Bauteile verbindet. In diesem Fall ist die Option „Rootkontext in Baugruppe verwenden“ zu deaktivieren. Ist der Kontext nicht der oberste Knoten, wird dies an dem Bauteil, das über eine assoziative Verknüpfung verfügt, über ein weißes Zahnrad und einen grünen Pfeil angezeigt (Tabelle 5.3, rechts oben). In dem abgebildeten Beispiel ist die Baugruppe 2 der Kontext der Verknüpfung zwischen den Bauteilen 1 und 2, aber nicht der oberste Knoten im Konstruktionsbaum. Ein minimaler Kontext sollte bevorzugt verwendet werden, um die Kontextkette kurz zu halten. Die Empfehlung ist, die Option „Rootkontext in Baugruppe verwenden“ zu deaktivieren (Bild 5.1). Wird ein Volumenmodell in verschiedenen Baugruppen verwendet, kann der Fall eintreten, dass der Kontextknoten nicht im Konstruktionsbaum vorhanden ist. In diesem Fall kann die assoziative Verknüpfung nicht mehr aktualisiert werden, selbst wenn beide Bauteile im Konstruktionsbaum vorhanden sind. Dieser Sachverhalt wird durch ein braunes Zahnrad und einen roten Blitz an dem Bauteil angezeigt, das über die assoziative Verknüpfung verfügt (Tabelle 5.3, unten). Auch eine Publikation der verknüpften Geometrie ändert diesen Zustand nicht.

290

5.2 Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette Assoziativität mit Wurzelkontext

Assoziativität bei minimalem Kontext

Tabelle 5.3: Verwendung eines assoziativen Bezuges zwischen Bauteilen

In beiden Fällen kann der Bezug nicht mehr aktualisiert werden, wenn das Bauteil 2 außerhalb des Kontextes wiederverwendet wird.

Prinzipiell sollten Bezüge zwischen Bauteilen nicht assoziativ sein. Assoziative Geometrieelemente haben den Nachteil, dass in dem Bauteil, in dem der assoziative Bezug erstellt wird, der Kontext der Verknüpfung gespeichert wird. Wird ein nicht assoziativer Bezug verwendet, ist es immer möglich, einen manuellen Abgleich durchzuführen. In diesem Fall wird die Geometrie, die den Bezug abbildet, durch eine zweite Geometrie gezielt ersetzt. Wenn mehrere Konstrukteure an einer Baugruppe arbeiten, führen Assoziativitäten zwischen den Bauteilen der Baugruppe erfahrungsgemäß schnell zu einem unübersichtlichen Verknüpfungsnetz. Insbesondere bei einem dateibasierten Arbeiten und einem manuellen Archivieren der Dateien ist davon abzusehen! Ein Beispiel für das methodisch optimale Vorgehen beim Erzeugen einer Steuergeometrie mit Schnittstellen zu einem zweiten Bauteil verdeutlicht Tabelle 5.4. Als Ausgangssituation liege eine Baugruppe aus einem Luftkanal und einem Stutzen vor. Der Luftkanal sei schon modelliert, der Stutzen werde neu erstellt. Im CATPart des Stutzens wird ein geöffneter Körper erzeugt und diesem der Name „Steuergeometrie“ gegeben. In dem geöffneten Körper werden anschließend die Schnittstellen des Stutzens mit dem Luftkanal abgegriffen, indem isolierte Ebenen mit einem Abstand von 0 mm auf den Flächen des Luftkanals erzeugt werden. Hierzu wird innerhalb des Bauteils „Stutzen“ vor jeder Selektion der Schaltfläche „Ebene“ zusätzlich die Schaltfläche „Bezugselement erzeugen“ selektiert. Die isolierten Ebenen sind in der Steuergeometrie durch einen roten Blitz gekennzeichnet. Als bessere Alternative könnten in diesem Beispiel die Ebenen als Gleichungsebenen über den Kompass erstellt werden (siehe oben). Dieser Weg ist allerdings nicht universell einsetzbar, da er auf Ebenen beschränkt ist. Aus diesem Grund wurde hier der erste Weg dokumentiert.

291

5 CAD-Prozessmethodik Tabelle 5.4: Beispiel für das Erzeugen einer Steuergeometrie

Ausgangssituation

Nicht assoziative Steuergeometrie

5.2.1.2 Strukturierung Die methodische Basis eines Volumenmodells wird durch die Grobstruktur seines Konstruktionsbaumes und des Abhängigkeitsnetzes der Konzeptgeometrie gelegt. Wird die Grobstruktur zu Beginn richtig gestaltet, kann in den anschließenden Phasen des Detaillierens, der Serie oder der Arbeitsvorbereitung auf dem vorhandenen Volumenmodell aufgebaut werden, ohne den Konstruktionsbaum wesentlich umstrukturieren zu müssen. Die Grobstruktur des Konstruktionsbaumes wird durch die Geometrieeinheiten des Volumenmodells festgelegt. Eine Geometrieeinheit ist eine geometrisch logisch zusammengehörige Untermenge eines Volumenmodells. Eine Geometrieeinheit setzt sich wiederum aus Volumenkörpern zusammen (Bild 5.2). Bild 5.2: Strukturierung eines Konzeptmodells

Die Theorie soll an einem Beispiel verdeutlicht werden. Bild 5.3 zeigt den Dreipunktlenker aus Abschnitt 4.3. Der Dreipunktlenker kann in vier Geometrieeinheiten aufgeteilt werden: Drei Augen und ein Verbindungselement. Die Geometrieeinheiten der Konzeptgeometrie werden über positive und negative Volumenkörper nach dem Prinzip der Dekomposition aufgebaut (vgl. Abschnitt 4.2.1). Hierzu wird das Volumenmodell gedanklich in untergeordnete Geometrieeinheiten zerteilt und diese anschließend über skizzenbasierte Volumenkörper model-

292

5.2 Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette liert (Bild 5.2). Flächenbasierte Volumenkörper sollten nur in den Fällen verwendet werden, in denen eine Designfläche vorliegt. Wenn abzusehen ist, dass eine Geometrieeinheit im Verlauf der Detaillierungsphase Verfeinerungen unterliegen wird, sollte diese in einem eigenen Körper erstellt werden. In zweifelhaften Fällen sollte immer ein eigener Körper für eine Geometrieeinheit verwendet werden, da dies die Detaillierung nur vereinfachen kann. Bei der Modellierung der Konzeptgeometrie werden Verrundungen und Ausformschrägen nicht modelliert, sondern höchstens nur an den Stellen, an denen diese Details für eine Konzeptuntersuchung von Bedeutung sind. Bild 5.3: Beispiel der Aufteilung eines Volumenmodells in Geometrieeinheiten

Wird das Beispiel des Dreipunktlenkers aus Bild 5.3 fortgeführt, können als Volumenkörper der Geometrieeinheiten „Auge“ je ein Block und für die Geometrieeinheit „Verbindungselement“ ein Block und eine Tasche verwendet werden (Bild 5.4). Da die Geometrieeinheiten im nachfolgenden Prozess einer Detaillierung unterliegen, empfiehlt es sich, diese jeweils in einem separaten Körper zu modellieren. Die Vereinigungsmenge der Körper ergibt die Konzeptgeometrie des Dreipunktlenkers. Bild 5.4: Beispiel einer Konzeptgeometrie und der Volumenkörper der Geometrieeinheiten

293

5 CAD-Prozessmethodik Die oben geschilderte Gliederung genügt bei kleinen Volumenmodellen. Wird ein komplexes Volumenmodell erzeugt, müssen zusätzliche Gliederungsebenen eingeführt werden. Prinzipiell wird bei der Strukturierung einer Konzeptgeometrie unterschieden, ob es sich bei einem Bauteil um eine massive oder ausgehöhlte Volumengeometrie handelt. Eine ausgehöhlte Volumengeometrie ist eine Schale oder eine Geometrie, bei der deutlich zwischen einem Innen- und einem Außenteil unterschieden werden kann. Alle anderen Geometrien können den massiven Volumengeometrien zugeordnet werden. Der Unterschied in der Strukturierung einer massiven und ausgehöhlten Volumengeometrie liegt darin, dass eine ausgehöhlte Volumengeometrie über zwei massive Volumengeometrien verfügt: eine Außen- und eine Innengeometrie (Bild 5.5). Wird eine ausgehöhlte Volumengeometrie erzeugt, sollte diese Aufteilung auch im Konstruktionsbaum als eine Gliederungsebene dargestellt werden. Dies geschieht, indem für die Außen- und die Innengeometrie zwei Körper erzeugt werden, in denen die Geometrieeinheiten der Außen- und Innengeometrie gruppiert werden. Eine massive Volumengeometrie benötigt diese zusätzliche Strukturebene nicht, denn sie verfügt nur über den oberen Teilbaum aus Bild 5.5. Eine Außen- und Innengeometrie kann wiederum in eine Hauptgeometrie und Details aufgeteilt werden. Hauptgeometrie sind alle Geometrieeinheiten, welche die grundlegende Gestalt eines Bauteils beschreiben. Details sind alle Geometrieeinheiten, welche die Hauptgeometrie detaillieren. Das können beispielsweise Vertiefungen, Auflagestellen, Rippen oder Klipse sein. Bei kleinen und mittelgroßen Volumenmodellen können die Geometrieeinheiten der Hauptgeometrie und der Details unmittelbar der Außen- oder der Innengeometrie zugeordnet werden. Bei großen Volumenmodellen sollte auch an dieser Stelle eine zusätzliche Gliederungsebene über entsprechende Körper im Konstruktionsbaum eingezogen werden. Bei einfachen schalenförmigen Volumengeometrien kann es ausreichen, die Innengeometrie über eine Operation „Schalenelement“ zu erzeugen und keine expliziten Geometrieeinheiten zu verwenden. Diese Vorgehensweise schränkt allerdings die Flexibilität des Volumenmodells in der spezifischen Prozesskette deutlich ein! Im Zweifelsfall sollte daher die Innengeometrie explizit modelliert werden. Bild 5.5: Allgemeine Struktur des Konzeptmodells eines Volumenmodells

Eine Außengeometrie wird hauptsächlich aus Geometrieeinheiten mit positivem Vorzeichen modelliert, um deren Hauptgeometrie abzubilden. Negative Geometrieeinheiten dienen dazu, die Hauptgeometrie zu detaillieren und Vertiefungen und

294

5.2 Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette Aussparungen in der Außengeometrie abzubilden. Dieses Prinzip wird bei einer massiven und ausgehöhlten Volumengeometrie angewendet und entspricht dem Prinzip der Dekomposition des Abschnitts 4.2.1. Bei der Modellierung der Innengeometrie wird umgekehrt vorgegangen. Die Innengeometrie wird hauptsächlich aus negativen Geometrieeinheiten aufgebaut, während Details innerhalb des Hohlraumes über Geometrieeinheiten mit positivem Vorzeichen erstellt werden. Das Prinzip der Dekomposition ist hier also invertiert. Tabelle 5.5 gibt hierzu ein Beispiel anhand einer ausgehöhlten Volumengeometrie, die sich in einen Außen- und Innenbecher, einen Außen- und Innenflansch sowie zwei Detaillierungen „Schrägnut“ und „Auflage“ unterteilt. Positive Geometrieeinheiten sind hellblau dargestellt, negative dunkelblau. Die Hauptgeometrie der Außengeometrie ist aus zwei positiven Geometrieeinheiten zusammengesetzt, dem Außenbecher und dem Außenflansch. Die Hauptgeometrie ist über eine negative Geometrieeinheit, der Schrägnut, detailliert. Bei der Innengeometrie wurde mit invertiertem Vorzeichen gearbeitet. Die Hauptgeometrie ist über zwei negative Geometrieeinheiten, dem Innenbecher und dem Innenflansch, abgebildet. Die Detaillierung erfolgt hier über eine positive Geometrieeinheit, der Auflage. Volumenmodell

Außen- und Innengeometrie

Tabelle 5.5: Beispiel der Gliederung einer ausgehöhlten Volumengeometrie

Die geometrischen Bezüge einer Geometrieeinheit sollten sich nur auf die Ursprungselemente und die Steuergeometrie beziehen (Bild 5.6). Auf diese Weise werden die Geometrieeinheiten geometrisch unabhängig gehalten. Sobald von diesem Grundsatz abgewichen wird, sollte dies nur nach einem intensivem Abwägen ge-

295

5 CAD-Prozessmethodik schehen. Der Vorteil unabhängiger Geometrieeinheiten zeigt sich beim Ändern eines Volumenmodells (Abschnitt 4.9). Detaillierte Informationen, wie eine Geometrieeinheit in sich aufgebaut sein sollte, gibt Abschnitt 4.4. Bild 5.6: Verknüpfung der Konzeptgeometrie mit der Steuergeometrie und den Ursprungselementen

5.2.1.3 Übung Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung. Übung 5.2: Konzeptphase

a) Es existiere eine Baugruppe „Kasten“, die aus zwei Bauteilen „DeAufgabenblatt ckel“ und „Behälter“ bestehe. Die Konzeptgeometrie des Deckels ver5.2 füge über eine Steuergeometrie, welche die Anschlussmaße zum Behälter beschreibe. Bitte beurteilen Sie aufgrund des Konstruktions(teil)baumes, ob die aufgeführten Aussagen wahr oder falsch sind. Lösungsblatt 5.2 b) Bitte skizzieren Sie die allgemeine Struktur des Konzeptmodells einer ausgehöhlten Volumengeometrie. Welche Teilstruktur würde für eine massive Volumengeometrie verwendet? Dauer c) Bitte skizzieren Sie, mit welchen 30 min Geometrieelementen eines Konzeptmodells eine Geometrieeinheit idealerweise nur verknüpft ist.

5.2.2

Detaillierungsphase, Vorserien- und Serienbetreuung

In den Phasen der Detaillierung, Vorserie und Serie erfolgt eine Detaillierung oder Änderung eines Volumenmodells. Detaillieren ist das Verfeinern bestehender Geometrieeinheiten, Ändern das maßliche Verändern, Ergänzen oder Entfernen einer Geometrieeinheit. Wird ein Bauteil komplett neu entworfen, wird auf dessen Kon-

296

5.2 Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette zeptmodell aufgebaut (Abschnitt 5.2.1). In den meisten Fällen wird allerdings ein vorhandenes Bauteil als Ausgangsbasis verwendet und dem neuen Einsatzzweck angepasst. Ein wichtiger Aspekt beim Detaillieren oder Ändern ist der Strukturbaum des Volumenmodells. Ist der Strukturbaum schon in der Konzeptphase richtig angelegt worden, kann ein Detail oder eine Änderung zielgerichtet in das Volumenmodell eingebracht werden. Beide Aspekte, sowohl der Vorgang des Detaillierens und Änderns an sich, als auch die Struktur, in der sich der Vorgang vollzieht, werden in den nächsten Abschnitten näher betrachtet. 5.2.2.1

Detaillieren und Ändern

Beim Detaillieren wird eine bestehende Geometrieeinheit eines Volumenmodells verfeinert. Ein besonderes Kennzeichen des Detaillierens ist, dass alle Änderungen im wesentlichen innerhalb des Körpers der Geometrieeinheit erfolgen (Bild 5.7, links). Dies erfolgt durch das Hinzubringen von zusätzlichen Volumenkörpern und Operationen. Zusätzliche Volumenkörper bilden Details einer Geometrieeinheit ab, wie beispielsweise Zapfen und kleine Vertiefungen. Hier sollten insbesondere die Prinzipien der Dekomposition, des Schnitzens, der Einfachheit und der Operation aus Abschnitt 4.4 beachtet werden. Über Operationen erfolgt eine erste fertigungstechnische Gestaltung, indem Verrundungen, Fasen und Ausformschrägen ergänzt werden. Eine methodische Anleitung, wie hierbei zu verfahren ist, ist in den Abschnitten 4.6 und 4.7 beschrieben. Das Ändern eines Volumenmodells kann eine maßliche, entfernende oder erzeugende Änderung sein. Eine maßliche Änderung ist das parametrische Ändern einer bestehenden Geometrieeinheit, ohne dass Geometrieelemente entfernt oder erzeugt werden (Bild 5.7, links). Eine entfernende oder erzeugende Änderung ist immer mit dem Löschen oder Ergänzen von Geometrieeinheiten verbunden (Bild 5.7, rechts). Eine maßliche Änderung erfolgt idealerweise, indem die geometrischen Parameter des Volumenmodells identifiziert werden, welche die zu verändernde Größe steuern. Ist mit einer Steuergeometrie gearbeitet worden, sollte zuerst überprüft werden, ob die Änderung durch eine Modifikation der Geometrieelemente oder der Parameter der Steuergeometrie erfolgen kann (vgl. Abschnitt 4.3). Ist dies nicht der Fall, wird über die Funktion „Objekt in Bearbeitung suchen oder definieren“ das zu ändernde Geometrieelement gesucht und gezielt dessen Parameter geändert (Abschnitt 4.9.1). Wichtig ist, dass eine maßliche Änderung durchgeführt wird, ohne Geometrieelemente einer Skizze, Volumenkörper oder Operationen zu löschen und neu zu erstellen. Diese Art der maßlichen Änderung ist sehr zeitaufwendig, da meistens auch andere Geometrieelemente eines Volumenmodells angefasst werden müssen. Die Ursache hierfür ist das stark verflochtene Datenmodell von CATIA V5 (Abschnitt 4.1). Eine entfernende oder erzeugende Änderung bedeutet einen größeren Eingriff in das Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells. Soll eine Geometrieeinheit entfallen, sind im ersten Schritt über das Abhängigkeitsnetz die Auswirkungen des Löschens zu überprüfen. Der Löschvorgang ist dann unproblematisch, wenn konsequent beim

297

5 CAD-Prozessmethodik Aufbau des Volumenmodells auf unabhängige Abhängigkeitsketten zwischen den Körpern der Geometrieeinheiten geachtet wurde. Dies ist dann der Fall, wenn die Abhängigkeitsketten einer Geometrieeinheit nur von den Ursprungselementen oder der Steuergeometrie ausgehen (Bild 5.6). Sind die Geometrieeinheiten voneinander abhängig, sollte die zu löschende Geometrieeinheit vor dem Löschen innerhalb des Abhängigkeitsnetzes isoliert werden (vgl. Abschnitt 4.9.1). Anschließend werden die Geometrieeinheit und die Operationen gelöscht, welche die Geometrieeinheit mit anderen Geometrieeinheiten verbinden. Eine erzeugende Änderung erweitert das Abhängigkeitsnetz eines Volumenmodells, wenn diese methodisch richtig durchgeführt wird. Erweitern bedeutet, dass das bestehende Abhängigkeitsnetz nicht oder kaum verändert wird, sondern die neue Geometrieeinheit und deren Volumenkörper und Operationen parallel ergänzt werden. Das Prinzip des parallelen Ergänzens ist ausführlich in Abschnitt 4.9.2 erklärt. Bild 5.7: Detaillieren oder Ändern eines Volumenmodells

5.2.2.2

Strukturierung

Je nachdem, ob detailliert oder eine erzeugende Änderung durchgeführt wird, findet dieser Vorgang an genau festgelegten Stellen im Konstruktionsbaum eines Volumenmodells statt. Maßliche oder entfernende Änderungen haben keinen Einfluss auf die Strukturierung des Volumenmodells, da die Struktur erhalten bleibt oder reduziert wird. Bei einem Detaillieren werden Volumenkörper und Operationen gezielt in der Struktur des Konzeptmodells ergänzt. Volumenkörper, die zur Außengeometrie eines Bauteils gehören, werden im Körper „Außengeometrie“ modelliert, Elemente der Innengeometrie im Körper „Innengeometrie“. Sind die Geometrieeinheiten der Außen- und Innengeometrie in zusätzlichen Körpern gruppiert worden, werden die Volumenkörper und Operationen direkt in diesen Körpern erzeugt (vgl. Abschnitt 5.2.1.2). Es kommt beim Detaillieren häufiger vor, dass ein Volumenkörper in der Konzeptphase noch nicht als Geometrieeinheit identifiziert und keinem Körper zugeordnet worden war. In diesem Fall kann der Volumenkörper und seine Operationen nachträglich über die Schaltfläche „Komponenten zusammenbauen“ der Symbolleiste

298

5.2 Volumenmodell innerhalb der allgemeinen CAD-Prozesskette „Einfügen“ (Abschnitt 3.2.3) einem eigenen Körper zugewiesen werden. Besonders wenn ein Bauteil komplett verrundet und ausgeformt gestaltet werden soll, ist es sehr hilfreich, die Strukturierung über Körper etwas feiner zu gestalten. Je weniger Verrundungs- und Ausformoperationen in einem Volumenmodell vorhanden sind, desto gröber kann diese Einteilung sein. Wird beim Detaillieren auf einem vorhandenen alten Bauteil aufgebaut, das einem neuen Einsatzzweck angepasst wird, kann es hilfreich sein, den Strukturbaum vor dem Detaillieren etwas zu ordnen (Abschnitt 3.16). Insbesondere wenn ein Kollege nicht methodisch gearbeitet hat, kann dies die anschließende Arbeit erleichtern. Die Vorzüge eines durchgängig methodisch aufgebauten Volumenmodells können durch diese Restrukturierung allerdings nicht vollständig ausgeschöpft werden. Bei einer erzeugenden Änderung ist darauf zu achten, dass der Körper der neu erzeugten Geometrieeinheit in dem richtigen Teilast des Konstruktionsbaumes erstellt wird. Es ist daher zuerst zu prüfen, ob die Geometrieeinheit der Außen- oder der Innengeometrie zuzuordnen ist. Weist der Konstruktionsbaum innerhalb der Außenoder Innengeometrie noch weitere Strukturebenen auf, ist hier eine weitere Zuordnung vorzunehmen. Als Unterstützung, die geeignete Stelle zu finden, kann die Funktion „Objekt in Bearbeitung suchen oder definieren“ (Abschnitt 4.9.1) zu Hilfe genommen werden. 5.2.2.3

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 5.3

Lösungsblatt 5.3

Dauer 25 min

a) Der Deckel aus Abschnitt 5.2.1.2 sei als Konzeptmodell vorhanden und solle um die aufgeführten Detaillierungen ergänzt werden. Bitte füllen Sie in der Tabelle aus: Über welches V5-Element erfolgt eine Detaillierung? In welchem Körper wird das V5-Element erstellt? Wird ein zusätzlicher Körper in das Volumenmodell eingebracht?

Übung 5.3: Detaillierungsphase, Vorserie und Serie

b) Die gesamte Auflage im Innern des Deckels soll entfallen. Was ist vor dem Löschen zu beachten? Welche Geometrie wird gelöscht?

299

5 CAD-Prozessmethodik 5.3

Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CADProzesskette

Ein Fertigungsverfahren (Abschnitt 5.1.2) ist durch prozesstechnische Merkmale gekennzeichnet, die prozesstypische Anforderungen an ein CAD-Modell stellen. Ein prozesstechnisches Merkmal daher ist eine Eigenschaft, die immer im Zusammenhang mit einer spezifischen Prozesskette zu finden ist. Die prozesstechnischen Merkmale eines Volumenmodells sind die Struktureinheiten und Elementarten von CATIA V5, die für die Modellierung eines Volumenmodells in einer Prozesskette benötigt werden. Die Struktureinheiten bestimmen die Gliederung eines Volumenmodells. Je nach Prozesskette kann sich eine Gliederung über mehrere Volumenmodelle erstrecken. Die Elementarten sind die Operationen, die für eine Prozesskette spezifisch sind. Volumenkörper sind nicht prozessabhängig, da diese immer für ein Volumenmodell benötigt werden. In den folgenden Abschnitten werden die Struktureinheiten betrachtet, die für eine spezifische Prozesskette typisch sind. Es werden Vorschläge gemacht, wie ein Volumenmodell gegliedert werden kann, um den prozesstechnischen Anforderungen zu genügen.

5.3.1

Schmieden und Gießen

Die Prozesskette eines Schmiede- oder Gussteils ist in der Regel in drei Teilprozesse aufgeteilt: Das Urformen, das Umformen und das Zerspanen. Wird ein Gussteil hergestellt, wird im ersten Schritt des Urformens dessen Rohgeometrie erzeugt. Das Ergebnis des Urformens ist ein Gussrohteil. Das Gussrohteil wird anschließend in den meisten Fällen spanend bearbeitet, um das Fertigteil zu erhalten. Das Fertigteil ist das Bauteil in seiner endgültigen Gestalt. Beim Schmieden ist zwischen das Gussrohteil und das Zerspanen der Prozess des Umformens gestellt. Ein Gussrohteil wird plastisch zu einer Schmiederohgeometrie umgeformt. Das Ergebnis des Umformens ist ein Schmiederohteil. Auch hier erfolgt meistens eine spanende Bearbeitung zum Fertigteil. Da das Zerspanen Gegenstand des Abschnitts 5.3.4 ist, wird in den folgenden Ausführungen auf die Konstruktion des Rohteils eingegangen. Das Rohteil ist das Bauteil, das unmittelbar das Endprodukt eines Gieß- oder Schmiedevorgangs ist. Ein Rohteil kann in zwei große Struktureinheiten aufgeteilt werden: Die Rohteiloberseite und die Rohteilunterseite. Die Ober- und Unterseite des Rohteils werden an der Formtrennung unterschieden. Die Formtrennung ist diejenige Stelle, an der die Ausformrichtung des Rohteils wechselt. Wird das Fertigungswerkzeug in die Betrachtung einbezogen, sind die Ober- und Unterform als Struktureinheiten zu ergänzen. Die Ober- und die Unterform sind auch wiederum an der Formtrennung geteilt. Bei speziellen Schmiede- oder Gusstechniken können noch zusätzliche Strukturbereiche unterschieden werden, die allerdings CAD-technisch analog der hier getroffenen Ausführungen behandelt werden können. Eine Übersicht der vier Struktureinheiten gibt Bild 5.8.

300

5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette Bild 5.8: Struktureinheiten beim Schmieden und Gießen

Die Modellierung der Rohteilober- und Rohteilunterseite erfolgt innerhalb eines Volumenmodells. Ist das Rohteil geometrisch einfach geformt, kann das Rohteil gemäß der Vorgehensweise aus Abschnitt 5.2.1.2 direkt in Geometrieeinheiten aufgeteilt werden. Eine einfache Geometrie zeichnet sich durch eine gerade Formtrennung mit wenigen Geometrieeinheiten aus. Eine Geometrieeinheit beinhalten in diesem Fall immer einen Teil der Ober- und Unterseite des Rohteils. In der Praxis genügt allerdings diese Aufteilung vielfach nicht, da bei anspruchsvoller Geometrie Verrundungs- und Ausformoperationen entlang der Formtrennung Schwierigkeiten bereiten. In diesem Fall ist zu empfehlen, das Volumenmodell in eine Rohteilober- und Rohteilunterseite zu spalten (Bild 5.9). Die Ober- und Unterseite werden anschließend in Geometrieeinheiten gemäß Abschnitt 5.2.1.2 aufgeteilt. Die Rohteilober- und Rohteilunterseite können auf diese Weise über die Formtrennung hinaus modelliert und anschließend an einer Fläche beschnitten werden, welche die Formtrennung markiert (vgl. Abschnitt 4.8.2). Bild 5.9: Strukturierung des Rohteils

Das Schema, ein Rohteil in zwei Hälften aufzuteilen, verdeutlicht Bild 5.10. Die Ober- und Unterseite des Rohteils werden in zwei verschiedenen Körpern „Rohteiloberseite“ und „Rohteilunterseite“ modelliert. Jede Seite setzt sich aus mehreren Geometrieeinheiten zusammen, deren Geometrie über die Formtrennung hinaus ragt. Erst vor der Erstellung des fertigen Rohteils erfolgt ein Beschnitt an der Formtrennung. Für die Beschnitte werden zusätzliche Körper verwendet. Der Grund liegt darin, dass die Rohteilober- und Rohteilunterseite für die Erzeugung des Werkzeugs idealerweise ohne einen Beschnitt in einem separaten Körper vorliegen. Bei sehr

301

5 CAD-Prozessmethodik großen Modellen kann eine Aufteilung der Ober- und Unterseite des Rohteils auf zwei Volumenmodelle vorgenommen werden. Die Verknüpfung zum fertigen Rohteil erfolgt dann über assoziative Kopien in ein drittes Volumenmodell. Bild 5.10: Schema der Modellierung des Rohteils

Die Ober- und Unterform werden in zwei getrennten Volumenmodellen erzeugt. Prozesstechnische Gründe sind zum einen vom Rohteil unabhängige Wege in der Arbeitsvorbereitung, zum anderen eigene Sachnummern im Sachstammdatensystem eines Unternehmens. CAD-technisch wird damit die Modellgröße des Volumenmodells reduziert, was dessen Handhabung vereinfacht. Um einen Bezug zwischen der Geometrie des Rohteils und den Formhälften herzustellen, werden die Körper der Rohteilober- und Rohteilunterseite assoziativ mit den Volumenmodellen der Oberund Unterform verknüpft (Bild 5.11 und Bild 5.12). Um die Verknüpfung herzustellen, wird der Körper, der die Rohteilober- oder Rohteilunterseite beschreibt, analog der in Abschnitt 5.2.1.1 beschriebenen Vorgehensweise in das Volumenmodell der Ober- oder Unterform kopiert. Anschließend erfolgt eine Skalierung der Importgeometrie und eine Subtraktion von der jeweiligen Rohform des Werkzeugs. Bei einem Gusskern kann analog verfahren werden, wobei eventuell der Gusskern schon als Geometrieeinheit im Rohteil vorhanden ist und nur noch assoziativ in ein eigenes CATPart kopiert wird. In der Prozesskette des Schmiedens wird bei einer großen plastischen Deformation ein Schmiederohteil über mehrere Schläge erzeugt. Das Rohteil nimmt in entsprechenden Schlaggeometrien seine endgültige Form an. Eine Schlaggeometrie zeichnet sich durch größere Radien und Ausformwinkel sowie eine schmalere und höheren Volumengeometrie als das Schmiederohteil aus. Eine Assoziativität zwischen den Schlaggeometrien untereinander und dem Rohteil kann über ein Steuer-

302

5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette CATPart hergestellt werden, das über Steuergeometrie und grobe Geometrieeinheiten verfügt. Die Steuergeometrie und die groben Geometrieeinheiten werden assoziativ in die Volumenmodelle des Rohteils und der Schlaggeometrien kopiert. Die Praxis zeigt, dass der Zeiteinsatz in vielen Fällen unverhältnismäßig hoch ist, wenn eine Assoziativität zwischen dem Rohteil und den Schlaggeometrien erstellt wird. Am leichtesten ist der Weg, aus dem Rohteil über eine Änderung eine Schlaggeometrie zu erzeugen. Das Vorgehen hierzu ist in Abschnitt 5.2.2.1 beschrieben. Ein Bezug zwischen einer Schlaggeometrie und deren Werkzeug wird analog Bild 5.11 und Bild 5.12 vorgenommen. Bild 5.11: Schema der Modellierung der Oberform

Bild 5.12: Schema der Modellierung der Unterform

303

5 CAD-Prozessmethodik 5.3.2

Spritz- und Druckgießen

Spritz- und Druckgießen sind das Urformen eines Bauteils, dem Gussteil, in einer erhaltenen Form. Das Gussteil kann nach dem Urformen einer weiteren Bearbeitung durch Zerspanen unterliegen. Ist der Werkstoff des Gussteils nichtmetallisch, erhält das Bauteil in der Regel durch das Urformen seine endgültige Gestalt. Dieser Abschnitt befasst sich nur mit der Konstruktion des Gussteils an sich und seines Werkzeugs. Bezüglich einer spanenden Bearbeitung sei auf Abschnitt 5.3.4 verwiesen. Wird die Struktur des Volumenmodells eines Gussteils betrachtet, ist zwischen einer massiven und einer ausgehöhlten Volumengeometrie (Abschnitt 5.2.1.2) zu differenzieren. Der Aufbau des Volumenmodells einer massiven Volumengeometrie unterscheidet sich strukturell nicht von derjenigen eines Schmiede- oder Gussrohteils, solange keine Hinterschnitte vorhanden sind. Abweichungen sind nur in den Parametern der Verrundungen und Ausformschrägen zu finden. Da diese die Struktur eines Volumenmodells nicht beeinflussen, sei bezüglich der Vorgehensweise bei einer massiven Volumengeometrie ohne Hinterschnitt auf Abschnitt 5.3.1 verwiesen. Eine massive Volumengeometrie mit Hinterschnitten kann analog einer ausgehöhlten Volumengeometrie strukturiert werden. Liegt eine ausgehöhlte Volumengeometrie vor, kann das Gussteil in eine Innenund eine Außengeometrie aufgeteilt werden. Die Außengeometrie wird von der Auswerferseite des Werkzeugs geformt, die Innenseite von der Düsenseite. Die Auswerferseite ist die Seite des Werkzeugs, von der das Gussteil entnommen wird. Die Düsenseite ist die Seite, von der das flüssige Material zugeführt wird. Auswerfer- und Düsenseite sind an einer Formtrennung geteilt. Die Formtrennung ist diejenige Stelle, an der die Ausformrichtung des Gussteils wechselt. Weist ein Gussteil einen Hinterschnitt auf, kann das Bauteil nicht über zwei Formhälften hergestellt werden. Es wird in diesem Fall eine dritte Form benötigt, die von der Seite zugeführt wird. Diese Form wird Schieber genannt. Die Geometrie, die den Hinterschnitt verursacht, wird im folgenden als Schieberdetail bezeichnet. Eine bildliche Veranschaulichung der soeben getroffenen Definitionen gibt Bild 5.13. Bild 5.13: Struktureinheiten beim Spritz- und Druckgießen

Um das Werkzeug eines Gussteils modellieren zu können, das über Schieberdetails verfügt, muss das Gussteil feiner strukturiert werden, als in der allgemeinen Struk-

304

5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette tur in Abschnitt 5.2.1.2 dargestellt wurde. Die Verfeinerung bezieht sich hierbei auf die Strukturierung der Außen- und der Innengeometrie. Die Außengeometrie wird hierzu in eine Außengeometrie ohne Schieberdetails und die Schieberdetails aufgeteilt. Die Außengeometrie ohne Schieberdetails wird Außenhaut genannt. Analog wird die Innengeometrie in eine Innenhaut und die Schieberdetails der Innengeometrie unterteilt. Eine Übersicht der Struktur gibt Bild 5.14, ein Beispiel kann Bild 5.13 entnommen werden. Bild 5.14: Strukturierung des Gussteils

Das Volumenmodell eines Gussteils erhält durch die getroffene Verfeinerung eine zusätzliche Strukturebene. Die Struktureinheiten der Außenhaut, der Innenhaut und der Schieberdetails werden je in einem eigenen Körper des Volumenmodells modelliert. Die Aufteilung einer Struktureinheit erfolgt, wie in Abschnitt 5.2.1.2. beschrieben, über Geometrieeinheiten. In der Regel kann ein Schieberdetail direkt einer Geometrieeinheit zugeordnet werden. Das Schema, wie ein Gussteil aufgeteilt wird, veranschaulicht Bild 5.15. Bild 5.15: Schema der Modellierung des Gussteils

305

5 CAD-Prozessmethodik Durch die Aufteilung des Gussteils in Körper, welche die Außenhaut, die Innenhaut und ein Schieberdetail abbilden, kann sehr leicht das Werkzeug des Gussteils abgeleitet werden. Die Modellierung der Werkzeugkomponenten erfolgt in eigenständigen Volumenmodellen. Prozesstechnische Gründe sind zum einen vom Gussteil unabhängige Wege in der Arbeitsvorbereitung, zum anderen eigene Sachnummern im Sachstammdatensystem eines Unternehmens. CAD-technisch wird damit die Modellgröße des Volumenmodells reduziert, was dessen Handhabung vereinfacht. Die Auswerferseite wird modelliert, indem eine Rohauswerferseite konstruiert wird, von der die Außenhaut sowie die Schieberdetails subtrahiert werden (Bild 5.16). Die Außenhaut und die Schieberdetails werden hierzu assoziativ aus dem Volumenmodell des Gussteils in das Volumenmodell der Auswerferseite kopiert (vgl. Abschnitt 5.2.1.1). Da ein Schieberdetail der Außengeometrie in den seltensten Fällen direkt die Außenkontur eines Schiebers abbildet, muss das importierte Schieberdetail um zusätzliche Geometrieelemente erweitert werden. Nach der Subtraktion des erweiterten Schieberdetails von der Rohauswerferseite sollte kontrolliert werden, ob das Gussteil an dieser Stelle eine Verrundung besitzt. Ist eine Verrundung vorhanden, ist diese manuell an der Auswerferseite anzubringen. Sind an einem Werkzeug mehrere Schieber vorhanden, wird mit den weiteren Schiebern analog verfahren. Bild 5.16: Schema der Modellierung der Auswerferseite

Für die Düsenseite wird in einem eigenen Volumenmodell eine Rohdüsenseite modelliert. In das Volumenmodell wird anschließend die Innenhaut des Gussteils importiert und zum Körper der Rohdüsenseite addiert (Bild 5.17). Nachdem die Außenkontur eines Schiebers schon in der Auswerfer- und der Düsenseite abgebildet ist, sollte ein Schieber nicht nur assoziativ zum Gussteil sein, sondern sich auch an den Volumengeometrien der Auswerfer- und Düsenseite orientie-

306

5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette ren. Um einen Schieber zu modellieren, wird daher in einem weiteren Volumenmodell die Rohgeometrie des Schiebers erzeugt und anschließend die Fertiggeometrien der Auswerfer- und Düsenseite sowie des Gussteils importiert und subtrahiert (Bild 5.18). Wenn die Modellgrößen diesen Vorgang erlauben, ist auf diese Weise ein Schieber recht schnell konstruiert. Falls die Modellgrößen diesen Import nicht zulassen, können die Oberflächen der Düsen- und Auswerferseite sowie des Gussteils extrahiert werden und ein Beschnitt des Rohschiebers mit diesen Flächen erfolgen. Eine Assoziativität wird dadurch auch erreicht, wenn die Flächenextraktion mit Verknüpfung zu den Volumenmodellen erfolgt. Bild 5.17: Schema der Modellierung der Düsenseite

Bild 5.18: Schema der Modellierung eines Schiebers

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5 CAD-Prozessmethodik 5.3.3

Schweißen

Schweißen ist das Fügen mehrerer Bauteile zu einer Schweißbaugruppe. Eine Schweißbaugruppe kann wiederum als ein Bauteil bezeichnet werden, da diese eine nicht zerlegbare Einheit bildet. Im Fertigungsprozess kann eine Schweißbaugruppe nach dem Schweißen einer spanenden Bearbeitung unterliegen. Die CAD-technische Abbildung der spanenden Bearbeitung einer Schweißbaugruppe ist in Abschnitt 5.3.4 dargestellt. Im folgenden wird der Aufbau einer Schweißbaugruppe im engeren Sinne behandelt. Die Struktureinheiten einer Schweißbaugruppe sind die Baugruppe selbst und deren Bauteile (Bild 5.19). Ein Bauteil kann in einer Schweißbaugruppe mehrfach vorkommen. Bild 5.19: Struktureinheiten einer Schweißbaugruppe

Die Modellierung der Bauteile einer Schweißbaugruppe erfolgt in einzelnen Volumenmodellen. Ein Volumenmodell wird gemäß Abschnitt 5.2.1.2 in Geometrieeinheiten aufgeteilt, wenn es sich um eine komplexe Volumengeometrie handelt (Bild 5.20). Bei einfachen Platten und Rohren ist eine Aufteilung in Geometrieeinheiten nicht notwendig. Eine unbearbeitete Schweißbaugruppe wird im CAD als Strukturmodell abgebildet. Ein Strukturmodell ist eine Baugruppe, die in CATIA V5 als CATProduct erstellt ist. Die Struktur der Schweißbaugruppe ist in der Regel einstufig, falls in der Schweißbaugruppe nicht weitere Unterschweißbaugruppen vorkommen. In das Strukturmodell werden die Volumenmodelle der Bauteile eingehängt (Bild 5.20). Bild 5.20: Strukturierung einer Schweißbaugruppe

308

5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette 5.3.4

Zerspanen

Zerspanen ist das spanende Bearbeiten eines Bauteils. Spanende Bearbeitungsverfahren können dabei in mehreren Fertigungsschritten aneinandergereiht werden. In den Ausführungen dieses Abschnitts wird auf die Struktureinheiten eingegangen, die durch die gängigen Bearbeitungsverfahren Drehen, Fräsen und Bohren entstehen. Alle anderen Bearbeitungsverfahren können analog strukturiert werden. In einer eng verzahnten CAD-Prozesskette ist es oft gewünscht, diejenige Volumengeometrie eines Bauteils jederzeit abrufen zu können, die dieses nach einem Fertigungsschritt besitzt. Auf diese Weise können die einzelnen Fertigungsschritte optimal von ihrer Ausgangsgeometrie geplant und Teilflächen zur automatisierten Programmerzeugung abgegriffen werden. Ein Beispiel gibt Tabelle 5.6. Es zeigt ein Bauteil, das ausgehend von einem Rohteil alle drei Bearbeitungsverfahren durchläuft. Ziel einer Prozessmethodik ist es, diese Zwischengeometrien einfach bilden zu können. Den gesteckten Anforderungen kann entsprochen werden, wenn ein Volumenmodell Struktureinheiten besitzt, die sich an den einzelnen Fertigungsschritten orientieren. Die Fertigungsschritte des Zerspanprozesses definieren somit zugleich auch die Struktureinheiten für eine Modellierung im CAD. Es sei angemerkt, dass im Fall eines Bauteils, das im ersten Fertigungsschritt drehend bearbeitet wird, häufig direkt das Drehteil modelliert werden kann. Ein Umweg über das Rohteil ist bei Drehteilen nicht immer sinnvoll, besonders dann, wenn das Rohteil nur ein Zylinder ist. Im Beispiel der Tabelle 5.6 würde eine Arbeitsvorbereitung keinen Nachteil erleiden, wenn die Modellierungskette direkt im zweiten Schritt beginnen würde. Wird die CAD-technische Abbildung einer spanenden Bearbeitung in CATIA betrachtet, ist zwischen der Bearbeitung einer Schweißbaugruppe und des Rohteils eines Schmiede- oder Gussprozesses zu unterscheiden. Der Grund ist, dass ein Rohteil in einem Volumenmodell modelliert ist (Abschnitte 5.3.1 und 5.3.2), eine Schweißbaugruppe dagegen in einem Strukturmodell (Abschnitt 5.3.3). Rohteil

5.3.4.1

Drehen

Fräsen

Bohren

Tabelle 5.6: Fertigungsschritte des Zerspanungsprozesses

Volumenmodell

Die Struktureinheiten des Zerspanprozesses können entweder direkt in dem Volumenmodell abgebildet werden, dessen Rohteil zerspant wird, oder in zusätzlichen Volumenmodellen.

309

5 CAD-Prozessmethodik Werden die Struktureinheiten in demselben Volumenmodell abgelegt, wird für jeden Fertigungsschritt ein Körper erzeugt, dessen negative Volumenkörper die jeweilige Zerspanoperation abbilden. Die Körper werden anschließend von dem Rohteil subtrahiert. Das Vorgehen ist in Abschnitt 4.2.2 behandelt worden. In einer nachfolgenden Stufe des Prozesses können aus dem Volumenmodell leicht die Geometrien der einzelnen Fertigungsschritte extrahiert werden. In vielen Fällen ist diese Strukturierung ausreichend, insbesondere dann, wenn nur für das Fertigteil eine Sachnummer im Unternehmen existiert und zur Zeit der Modellierung noch nicht feststeht, ob das Bauteil eigen- oder fremdgefertigt wird. Diese Art der Strukturierung stößt allerdings sofort auf Grenzen, wenn das Rohteil oder Geometrien der Zwischenschritte eine eigene Sachnummer erhalten sollen. Insbesondere wenn aus einem Rohteil über unterschiedliche Zuschnitttiefen Varianten eines Bauteils entstehen sollen, können die Struktureinheiten des Zerspanprozesses nicht mehr sinnvoll in einem Volumenmodell gehandhabt werden. Die Lösung ist, die Fertigungsschritte und damit die Struktureinheiten in verschiedenen Volumenmodellen abzubilden (Bild 5.21). Hierzu wird das Rohteil in einem eigenen Volumenmodell modelliert, das die Sachnummer des Rohteils erhält. Anschließend wird für jeden Fertigungsschritt, dessen Ergebnis eine eigene Sachnummer erhalten soll, ein Volumenmodell erzeugt. In dieses Volumenmodell wird das Rohteil oder das Ergebnis des jeweiligen vorhergehenden Fertigungsschrittes importiert. Anschließend wird in dem Volumenmodell analog des oben geschilderten Prozesses die Bearbeitung des Bauteils modelliert. Es ist dabei prinzipiell möglich, jedem Fertigungsschritt ein eigenes Volumenmodell zuzuweisen. Um den Kontext der Verknüpfungen (vgl. Abschnitt 5.2.1.1) nicht zu verlieren, sollte das CATProduct aufgehoben werden, in dem die assoziative Verknüpfung der Geometrien erfolgt. Bild 5.21: Struktureinheiten einer spanenden Bearbeitung in mehreren Volumenmodellen

Das Schema, wie bei der Verknüpfung der Volumengeometrien verfahren wird, verdeutlichen die nächsten beiden Abbildungen. Bild 5.22 zeigt die Verknüpfung des Rohteils mit der Bearbeitung des ersten Fertigungsschrittes. Der Körper des Rohteils wird assoziativ aus dem Volumenmodell des Rohteils in das Volumenmodell des ersten Fertigungsschrittes kopiert (vgl. Abschnitt 5.2.1.1). In dem Volumenmodell des ersten Fertigungsschrittes erfolgt die Modellierung der Bearbeitung in einem separaten Körper und eine anschließende Subtraktion von dem importierten Rohteil. Das Ergebnis wird anschließend in das Volumenmodell des nächsten Fertigungsschrittes kopiert, bis im letzten Fertigungsschritt das Fertigteil entsteht (Bild 5.23).

310

5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette Auf diese Weise bleiben das Rohteil, die Fertigungsschritte und das Fertigteil assoziativ. Jedes Volumenmodell kann eine eigene Sachnummer und eine eigene Zeichnung erhalten. Bild 5.22: Schema der Modellierung des ersten Fertigungsschrittes

Bild 5.23: Schema der Modellierung des letzten Fertigungsschrittes

5.3.4.2 Strukturmodell Ist das zu zerspanende Objekt in einem Strukturmodell abgebildet, können zwei Ansätze unterschieden werden, um eine spanende Bearbeitung zu modellieren. Die erste Möglichkeit besteht darin, die Bearbeitung über die Funktionalität des „Assembly Designs“ zu erzeugen. Als zweite Möglichkeit können die Funktionen des „Part Designs“ verwendet werden. Vorweg sei gesagt, dass der erste Weg einige Mängel besitzt, die im folgenden aufgezeigt werden.

311

5 CAD-Prozessmethodik Wird eine spanende Bearbeitung im Assembly Design modelliert, erfolgt dies über die Baugruppenkomponenten (Assembly Features) des Assembly Designs. Die Baugruppenkomponenten sind in der Symbolleiste „Baugruppenkomponenten“ zu finden. Ein Prozess des Bohrens wird durch ein Objekt „Bohrung“ modelliert, ein Prozess des Fräsens im wesentlichen über die Objekte „Tasche“ oder „Trennen“. Um eine spanende Bearbeitung mit Hilfe der Baugruppenkomponenten zu erzeugen, wird im ersten Schritt das CATProduct der Schweißbaugruppe geöffnet. Im zweiten Schritt werden die Bearbeitungen erstellt: • Eine Bohrung kann erzeugt werden, indem die Schaltfläche „Bohrung“ und die Teilfläche der Baugruppe selektiert werden, auf der die Bohrung beginnen soll. • Um eine Fräsbearbeitung abzubilden, muss eine Kontur oder eine Trennfläche in einem der Volumenmodelle der Schweißbaugruppe vorhanden sein. Anschließend werden die entsprechende Schaltfläche und die Kontur oder Trennfläche nacheinander selektiert. In beiden Anwendungsfällen öffnen sich zwei Fenster, in denen die Baugruppenkomponente definiert wird (Tabelle 5.7, unten). Im ersten Fenster „Definition der Baugruppenkomponenten“ wird festgelegt, auf welche Bauteile der Schweißbaugruppe sich die Bearbeitung bezieht. Es können eines oder mehrere Bauteile ausgewählt werden. Das zweite Fenster entspricht dem Parameterfenster der jeweiligen Funktion des Part Designs (Abschnitte 3.4.3.10, 3.4.3.4 und 3.8.3.1). Ist die Baugruppenkomponente definiert, wird diese über eine Selektion der Schaltfläche „OK“ des zweiten Fensters erzeugt. Im Konstruktionsbaum erfolgt ein Eintrag der Baugruppenkomponente in der Sektion „Baugruppenkomponenten“ des CATProducts; in den bearbeiteten Volumenmodellen wird je ein zur Baugruppenkomponente verknüpftes Objekt erzeugt. Ein Beispiel gibt Tabelle 5.7. Es liege die Schweißbaugruppe aus Abschnitt 5.3.3 vor, die sich aus drei Volumenmodellen „Rohr“, „Druckplatte“ und „Versteifung“ zusammensetzt (oben links). Die Versteifung solle im geschweißten Zustand eine runde Aussparung für eine Rohrleitung erhalten (oben rechts). Im Volumenmodell „Versteifung“ wird daher eine entsprechende Kontur ergänzt. Anschließend werden die Schaltfläche „Tasche“ und die Kontur nacheinander selektiert. Im Fenster „Definition der Baugruppenkomponenten“ wird als betroffenes Teil die Versteifung ausgewählt (unten links) und im Fenster „Definition der Tasche“ die Tiefe der Tasche definiert (unten rechts). Nach Abschluss der Operation ist die Aussparung in der Versteifung modelliert (oben rechts). Im Konstruktionsbaum erfolgt ein Eintrag der Baugruppenkomponente im Strukturmodell der Schweißbaugruppe und im Volumenmodell der Versteifung (Tabelle 5.8, links).

312

5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette Ausgangszustand

Endzustand

Definition der Baugruppenkomponente

Definition der Tasche

Tabelle 5.7: Beispiel der Erzeugung einer Baugruppenkomponente „Tasche“

Was auf den ersten Blick recht brauchbar aussieht, hat in der Praxis gravierende Mängel, die eine Anwendung der Baugruppenkomponenten in vielen Fällen unmöglich machen: 1.

Durch die Erzeugung einer Baugruppenkomponente wird nicht nur das Strukturmodell der Schweißbaugruppe verändert, sondern auch die Volumenmodelle, die eine Bearbeitung erfahren (Tabelle 5.8, links). Sind diese Bauteile schon archiviert oder arbeiten mehrere Konstrukteure an einer Baugruppe, führt dies zu Problemen der Schreibrechte. In einer sauber aufgesetzten Prozesskette darf weder eine Datei im Archiv verändert werden, noch Bauteile anderer Kollegen.

2.

Ein Volumenmodell, das in einer Schweißbaugruppe durch eine Baugruppenkomponente verändert wurde, ist permanent verändert. Auch wenn es als Einzelmodell geöffnet wird (Tabelle 5.8, rechts oben).

3.

Sämtliche mehrfachverbauten Volumenmodelle einer Schweißbaugruppe werden durch eine Baugruppenkomponente verändert (Tabelle 5.8, rechts unten). In dem abgebildeten Beispiel wurde als Baugruppenkomponente eine Bohrung in der Druckplatte und dem linken Rohr angebracht. Das rechte Rohr wird durch diese Operation mit verändert.

313

5 CAD-Prozessmethodik Tabelle 5.8: Mängel einer Baugruppenkomponente

Eintrag im Struktur- und Volumenmodell

Permanentänderung des Einzelteils

Eine zweite Möglichkeit, spanende Bearbeitungen einer Schweißbaugruppe abzubilden, ist die Verwendung der Funktionen des Part Designs. Da sich die Funktionen des Part Designs nicht innerhalb eines Strukturmodells anwenden lassen, muss hierzu ein geeignetes Volumenmodell der Schweißbaugruppe erzeugt werden, in dem die spanende Bearbeitung modelliert wird. Um die unbearbeitete Schweißbaugruppe bei der Erzeugung des Volumenmodells nicht zu verändern, wird hierzu eine Hilfsbaugruppe erzeugt, in welche die unbearbeitete Schweißbaugruppe eingehängt wird. In der Hilfsbaugruppe wird anschließend ein leeres Volumenmodell erzeugt, das die bearbeitete Schweißbaugruppe abbildet (Bild 5.24). Auf diese Weise können die unbearbeitete und die bearbeitete Schweißbaugruppe eigenständige Sachnummern erhalten. Wird die Schweißbaugruppe in übergeordneten Baugruppen verwendet, kann je nach Bedarf das Struktur- oder das Volumenmodell weiterverwendet werden. Um den Kontext (Abschnitt 5.2.1.1) der bearbeiteten Schweißbaugruppe nicht zu verlieren, sollte die Hilfsbaugruppe nicht verworfen werden. Bild 5.24: Strukturierung einer im Part Design bearbeiteten Schweißbaugruppe

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5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette In das leere Volumenmodell werden die Körper aller Bauteile der unbearbeiteten Schweißbaugruppe assoziativ kopiert (vgl. Abschnitt 5.2.1.1). Die Körper sollten nicht vereinigt werden, sondern auf der ersten Hierarchieebene des Volumenmodells liegen (Tabelle 5.9, links). Der Grund ist, dass nur dann bei einer Zeichnungsableitung die Körper in einem Schnitt durch Körperkanten getrennt dargestellt werden. Der Vorgang des Kopierens und Einfügens kann bei großen Baugruppen zeitaufwendig sein. In diesem Fall kann folgende Vorgehensweise eingeschlagen werden: • Das leere Volumenmodell der bearbeiteten Schweißbaugruppe wird aktiviert. Es ist in diesem Fall im Konstruktionsbaum blau unterlegt (Tabelle 5.9, links). • Im Geometriefenster wird die gesamte unbearbeitete Schweißbaugruppe über die Falle der Schaltfläche „Auswählen“ markiert. • Es wird im Kopfmenü der Befehl „Einfügen/Boolesche Operationen/Zusammenbauen“ ausgeführt. Die Körper werden dadurch alle in einem Schritt in das leere Volumenmodell kopiert und mit dem Hauptkörper vereinigt. • Die boolschen Operationen werden anschließend gelöscht. Falls von der Baugruppe kein Schnitt in einer Zeichnung erstellt wird, kann dieser Schritt unterbleiben. Falls ein Anwender Zugriff auf die Umgebungsvariablen von CATIA hat, gibt es für das Kopieren und Einfügen der Bauteile einer Baugruppe in ein Volumenmodell noch einen zweiten Weg. Voraussetzung ist zum einen V5R11 oder höher und zum anderen die Definition einer Umgebungsvariablen „IRD_PRODUCTTOPART“, welcher der Wert „1“ zugewiesen ist. Im „Assembly Design“ ist dann der Befehl “Tools /Convert product to CATPart” verfügbar. Um die Bauteile einer Baugruppe in ein Volumenmodell zu kopieren, werden im ersten Schritt das CATProduct der Baugruppe geöffnet und alle Bauteile ausgeblendet, die nicht kopiert werden sollen. Anschließend wird das CATProduct im Konstruktionsbaum selektiert und der Befehl „Tools /Convert product to CATPart“ ausgeführt. Es werden alle sichtbaren CATParts der Baugruppe als Körper in ein leeres Volumenmodell kopiert, das in einem zweiten Fenster geöffnet wird. Der beschriebene Befehl wird nicht offiziell vom Hersteller von CATIA unterstützt und kann daher in Ausnahmefällen unvollständige Ergebnisse liefern! Anschließend werden in dem Volumenmodell analog des Abschnitts 5.3.4.1 in einzelnen Körpern die Bearbeitungen der Fertigungsschritte modelliert. Um die Übersichtlichkeit zu erhöhen, werden die Körper der Bearbeitungen auf der ersten Hierarchieebene am Ende des Konstruktionsbaumes angeordnet. Anschließend werden die Körper der Bearbeitung innerhalb des Volumenmodells assoziativ vervielfältigt und von den Körpern der Bauteile abgezogen, die bearbeitet sind. Eine assoziative Kopie innerhalb eines Volumenmodells erfolgt analog einer assoziativen Kopie zwischen Volumenmodellen. Auf diese Weise kann eine Bearbeitung schnell gefunden werden und ist im Konstruktionsbaum nur einmal vorhanden. Eine Änderung kann somit gezielt durchgeführt werden, ohne dass ein Anwender alle bearbeiteten Körper nacheinander durchsuchen muss. Ein Beispiel gibt Tabelle 5.9. In der Schweißbaugruppe aus Tabelle 5.7 sollen in der Druckplatte und dem linken Rohr drei Bohrungen erzeugt werden. Es wird in dem

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5 CAD-Prozessmethodik Volumenmodell der bearbeiteten Schweißbaugruppe ein Körper „Bohrbearbeitung“ auf der ersten Hierarchieebene erzeugt und in diesem die Bohrbearbeitung modelliert. Der Körper wird anschließend zweimal dupliziert und die Duplikate von den Körpern „Rohr.1“ und „Druckplatte“ subtrahiert. Tabelle 5.9: Beispiel einer im Part Design bearbeiteten Schweißbaugruppe

Konstruktionsbaum

Geometrie

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass durch diese Vorgehensweise eine Schweißbaugruppe im bearbeiteten und unbearbeiteten Zustand jederzeit abrufbar ist. Die Bearbeitung erfolgt, ohne die einzelnen Bauteile der Schweißbaugruppe zu verändern, so dass mehrere Varianten einer Schweißbaugruppe erstellt werden können. Die bearbeitete Schweißbaugruppe ist vollständig assoziativ zur unbearbeiteten. Wenn sich ein Bauteil geometrisch ändert oder dessen Position verschiebt, ist diese Verschiebung oder Änderung auch in der bearbeiteten Baugruppe wirksam. Falls sich der Anzahl der Bauteile ändert, ist allerdings das Struktur- und Volumenmodell zu pflegen. Auf das Strukturmodell sollte dennoch nicht verzichtet werden, da ohne die Funktionalität des Assembly Designs eine größere Baugruppe nicht sinnvoll zusammengefügt und deren Bauteile zueinander positioniert werden können.

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5.3 Volumenmodell innerhalb einer spezifischen CAD-Prozesskette 5.3.5

Übung

Bitte nehmen Sie sich einige Minuten Zeit und bearbeiten Sie die unten aufgeführte Übung.

Aufgabenblatt 5.4

Lösungsblatt 5.4

Dauer 120 min

a) Welche Struktureinheiten können generell in einer spezifischen Prozesskette unterschieden werden? Bitte ergänzen Sie die zwei Spalten in der Rubrik „Name“ der Tabelle. b) Bitte markieren Sie in der Spalte „Marke“ der oberen Tabelle, welche Struktureinheiten für Ihre Prozesskette von Bedeutung sind. Falls Struktureinheiten fehlen sollten, ergänzen Sie diese. Bauen Sie anschließend in CATIA V5 an einem kleinen, einfachen Beispiel Ihre Prozesskette analog der Schemabilder des Abschnittes 5.3 nach. Versuchen Sie dabei, mit mehreren Volumenmodellen zu arbeiten. Die abgebildeten Bauteile können Ihnen als Anregung dienen.

Übung 5.4: Spezifische Prozesskette

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Anhang: Aufgabenblätter In diesem Anhang sind alle Aufgabenblätter des Buches aufgeführt. Alle Aufgabenblätter stehen auch im Internet auf der Seite „www.hanser.de/ziethen2“ des Carl Hanser Verlages zum Download bereit. Im Text des Buches wird auf ein Aufgabenblatt im Rahmen einer Übung verwiesen. Dem Leser sei empfohlen, ein Aufgabenblatt erst dann zu bearbeiten, wenn er die zu einer Übung gehörigen Abschnitte gelesen und gelernt hat. Die Lösung eines Aufgabenblattes ist im Internet auf der Seite des Carl Hanser Verlages „www.hanser.de/ziethen2“ zu finden und steht zum Download bereit. Hinweis: Bitte schauen Sie sich ein Lösungsblatt erst dann an, wenn Sie eine Aufgabe vollständig bearbeitet haben. Sie nehmen sich sonst die Gelegenheit, sich mit dem Stoff gedanklich auseinander zu setzen. Nur durch diesen Prozess verarbeitet Ihr Gehirn den gelernten Stoff so, dass Sie sich auch später daran erinnern! Falls Sie eine Frage nicht beantworten können, sollten Sie ein bisschen knobeln. Wenn das keinen Erfolg bringt, lesen Sie die entsprechenden Abschnitte im vorderen Teil des Buches wiederholt durch und versuchen einen zweiten Anlauf.

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Stichwortverzeichnis A Abhängigkeitskette 213, 218, 220 Add 28 Addition Siehe Operation, boolsche Advanced Draft 109 Aktualisierungsreihenfolge 275 Analyse Ausformschräge 255 Flächenkrümmungen 264; Gewinde 153 Randkurve 266, 267; Skizze 53 Verbindungen 267 Änderung 273, 297 Animation 53 Arbeitsvorbereitung 285, 309 Arc 46 Architekturgeometrie Siehe Steuergeometrie Assemble 28 Assembly Features 312 Assoziativität 288 Aufdickung Siehe Aufmaß Auflösungsstatus 55 Aufmaß 165 erzeugen 167 Fehlermeldungen 169 interne Arbeitsweise 166 Parameter 165 Übung 171 Aufmaßfläche 89 Ausformrichtung 99 Ausformschräge 99 Analyse 255 erweiterte 109 erzeugen 102 Fehlermeldungen 112 interne Arbeitsweise 101 konstante 103 Methodik 252 Parameter 99 Reflektionslinie 108

Übungen 118 variable 105 Ausformwinkel 99 Ausgabekomponente 38, 48, 232 Ausgliederung 249 Aushöhlen Siehe Schalenelement Außengeometrie 294 Außenhaut 304 Auswerferseite 304, 306

B Basic Draft 103 Baugruppe Assoziativität 288 Kontext 290 Schweißbaugruppe 308 Baugruppenkomponenten 312 Baum Siehe Konstruktionsbaum Bearbeitung 227, 309 Bedingung 50, 235 Begrenzungselement 61, 121 Benutzermuster 201 Berechnung FEM 249, 285 konisch 101 kubisch 101 Beschnitt Siehe Trennen Block 64 mehrfach 67 mit Verrundung 68 Body Siehe Körper Bohren 227, 309 Bohrung 79 Analyse 153 Boolean Shape Siehe Operation, boolsche Boundary 266, 267 Boundary Representation 218 BRep 218

CATPart 15 CATProduct Siehe Baugruppe Chamfer 136 Circle 46 Circular Pattern 201 Close Surface 90 Combine 83 Conic 46 Connect Checker 267 Constaint 50 Constant Edge Fillet 123 Context 290 Contour Siehe Kontur Copy & Paste 288 Corner Edge Fillet 125 Curvature Analysis 264, 267

D Datenmodell 218 Dekomposition 224, 240 Design in Kontext 288 Designphase 284, 287 Detaillierung 243, 297 Detaillierungsphase 284, 296 Diagnose Siehe Analyse Draft Siehe Ausformschräge Drehen 183 erzeugen 186 Fehlermeldungen 188 interne Arbeitsweise 184 Parameter 183 Übung 191 Drehen, Bearbeitung 227, 309 Drehung 183 Dress Up Shape Siehe Operation, Fläche Siehe Operation, Kante Druckgießen 285, 304 Düsenseite 304, 306

E C CAD-Methodik 13, 217, 283 CAD-Modell 13

Eckenverrundung 125 Edge 218 Edge Fillet Siehe Verrundung

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Stichwortverzeichnis Elterngeometrie 17, 19 Entfernen 28 Entformschräge Siehe Ausformschräge

F Face 218 Face-Face-Fillet 128 Fase 136 erzeugen 139 Fehlermeldungen 140 interne Arbeitsweise 137 Methodik 258 Parameter 137 Übung 142 Fehlermeldungen Aufmaß 169 Ausformschräge 112 Drehen 188 Fase 140 Fläche integrieren 147 Gewinde 154 Körper 26 Muster 210 Operation, boolsche 33 Schalenelement 161 Skalieren 197 Skizze 57 Spiegeln 197 Symmetrie 197 Teilfläche entfernen 178 Teilfläche ersetzen 178 Trennen 147 Verrundung 130 Verschieben 188 Volumenkörper 91 FEM 249, 285 Fertigschlag 302 Fertigteil 309 Fertigungsprozess 227, 309 Fertigungsverfahren Druckgießen 285, 304 Gießen 285, 300 Schmieden 285, 300 Schweißen 286, 308 Spritzgießen 285, 304

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Zerspanen 286, 309 Fillet Verrundung Fläche 16, 264 Fläche integrieren 143 erzeugen 146 Fehlermeldungen 147 interne Arbeitsweise 144 Parameter 143 Übung 150 Fläche schließen 90 Flächenoperation Siehe Operation, Fläche Flächenqualität 264 Flächenverband 16, 264 Flächenverrundung Siehe Verrundung Form 300 Formänderung Siehe Operation, Transformation Formel 235 Formtrennung 300, 304 Fräsen 227, 309 Frühzeitigkeit 252, 259

G Geometrieeinheit 292 Gesenk 300 Gewinde 151 Analyse 153 Bohrung 82 erzeugen 152 Fehlermeldungen 154 interne Arbeitsweise 151 Parameter 151 Übung 157 Gewindeanalyse 153 Gewindetabelle 82 Gießen 285, 300 Groove 73 Gusskern 302

H Hauptkörper Siehe Körper Hierarchieebenen 15 Hinzufügen 28

Historical Graph Siehe Konstruktionsbaum Hohlkörper 294 Hole 79 Hüllgeometrie 218

I Innengeometrie 294 Innenhaut 304 Intersect 28 Isolation 45, 276, 289

K Kante 218 Kantenoperation Siehe Operation, Kante Kantenverrundung Siehe Verrundung Kegelschnitt 46 Kern 302 Kofferecke 125 Kombinationskörper Siehe Kombinieren Kombinieren 83 Konstruktionsbaum 15, 213 interne Arbeitsweise 213 ordnen 214 Scannen 274 Struktur 223, 239, 292 Übung 216 Konstruktionselement 37, 47 Kontaktbedingung 51 Kontext 290 Kontur 16, 36, 246 Konzeptgeometrie 292 Konzeptphase 284, 287 Kopieren 288 Körper 15, 21 erzeugen 25 Fehlermeldungen 26 Hauptkörper 21 interne Arbeitsweise 24 Parameter 23 Struktur 239 Übung 28 verknüpfen 28

Stichwortverzeichnis Vorzeichen 23 Kreis 46 Kreismuster 201 Krümmungsanalyse 264, 267 Kurve 46 Kurvenzug 46

L Lageänderung Siehe Operation, Transformation Limit 121 Line 47 Linie 47 Loch 79 Loft, entfernter 88 Loft, positiver 84 Löschen 276

M Main Body Siehe Körper Mehrfachblock 67 Methodik Siehe CAD-Methodik Minimalität 254, 260 Mirror 191 Mittellinie 47 Multipad 67 Muster 201 Benutzer 209 Fehlermeldungen 210 interne Arbeitsweise 203 Kreis 208 Parameter 201 Rechteck 206 Übung 213

N Neutrale Kurve 99 Neutrales Element 99 Nut 73

O Oberform 300 Operation 15, 19 Operation, boolsche 28 erzeugen 30 Fehlermeldungen 33

interne Arbeitsweise 30 Parameter 29 Übersicht 29 Übung 36 Operation, Fläche 19 Aufmaß Siehe Aufmaß Ausformschräge Siehe Ausformschräge Fläche integrieren Siehe Fläche integrieren Gewinde Siehe Gewinde Methodik 252, 264 Schalenelement Siehe Schalenelement Teilfläche entfernen Siehe Teilfläche entfernen Teilfläche ersetzen Siehe Teilfläche ersetzen Trennen Siehe Trennen Verrundung Siehe Verrundung Operation, Kante 19 Fase Siehe Fase Methodik 258 Verrundung Siehe Verrundung Operation, Skizze 48 Operation, Transformation 19 Drehen Siehe Drehen Muster Siehe Muster Skalieren Siehe Skalieren Spiegeln Siehe Spiegeln Symmetrie Siehe Symmetrie Verschieben Siehe Verschieben Origin Elements Siehe Ursprungsebenen Output Siehe Ausgabekomponente

P Pad 64 Paralleles Ergänzen 277 Parameter 235 Parametrisierung 230, 288 Part Body Siehe Körper Part Design 15 Parting Element 100 Pattern Siehe Muster

Phase Arbeitsvorbereitung 285, 309 Design 284, 287 Detaillierung 284, 296 Konzept 284, 287 Serie 284, 296 Vorserie 284, 296 Pocket 70 Point 47 Porcupine Curvature Analysis 267 Prinzip Ausgliederung 249 Dekomposition 224, 240 Einfachheit 242 Frühzeitigkeit 252, 259 Minimaler Eingriff 274 Minimalität 254, 260 Notwendigkeit 232 Operation 243 Paralleles Ergänzen 277 Parameter 235 Qualität 264 Randposition 270 Scharfkantigkeit 247 Schnitzen 227, 240 Prism Siehe Prisma Prisma Siehe Tasche Siehe Block Profil 46 Prozesskette 283 allgemein 284, 287 spezifisch 285, 300 Prozessorientierung 227, 309 Punkt 47

R Randkurve 266, 267 Randposition 270 Raster 49 Rechteckmuster 201 Rectangular Pattern 201 Reflect Line Siehe Reflektionslinie Reflektionslinie 100 Relation 235 Remove 28 Remove Face 172 Removed Loft 88

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Stichwortverzeichnis Reorder Siehe Konstruktionsbaum, ordnen Replace Face 172 Revolution Siehe Rotationskörper Rib 74 Rille 77 Rippe 74 Rohteil 300 Rotate 183 Rotation 183 Rotationskörper Siehe Nut Siehe Welle

S Sackloch 80 Scaling 191 Scan Graph 274 Schalenelement 157 erzeugen 160 Fehlermeldungen 161 interne Arbeitsweise 158 Parameter 157 Übung 165 Schalenkörper 294 Scharfkantigkeit 247 Scheitelpunkt 218 Schieber 304, 306 Schieberdetail 304 Schlag 302 Schmieden 285, 300 Schnittmenge Siehe Operation, boolsche Schnittstellen 288 Schnitzen 227, 240 Schweißen 286, 308 Senkung 82 Serie 296 Serienbetreuung 284 Sew Surface 143 Shaft 71 Shape Siehe Volumenkörper Shape, Dress Up Siehe Operation, Fläche Siehe Operation, Kante Shape, Transformation Siehe Operation, Transformation Shell 157

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Skalieren 191 erzeugen 194 Fehlermeldungen 197 interne Arbeitsweise 193 Parameter 191 Übung 201 Skalierung 191 Skelettgeometrie Siehe Steuergeometrie Sketch Siehe Skizze Sketch Based Shape Siehe Volumenkörper, skizzenbasiert Sketcher 36 Skizze 16 Analyse 53 Bedingungselemente 37, 49, 50 erzeugen 41 Farben 54 Fehlermeldungen 57 Geometrieelemente 45 interne Arbeitsweise 39 Methodik 246 Parameter 36 Typ 37, 42 Übungen 60 Skizzerraster 49 Skizzierer 36 Slot 77 Solid Combine 83 Spanende Bearbeitung 227, 309 Spiegeln 191 erzeugen 196 Fehlermeldungen 197 interne Arbeitsweise 194 Parameter 191 Übung 201 Spiegelung 191 Spline 46 Split 143 Spritzgießen 285, 304 Stabilität 220 Standardelement 37, 47 Steuergeometrie 230, 288 Stiffener 78 Struktur Siehe Konstruktionsbaum

Strukturbaum Siehe Konstruktionsbaum Strukturmodell 308, 311 Subtraktion Siehe Operation, boolsche Support 121 Surface Siehe Fläche Surface Based Shape Siehe Volumenkörper, flächenbasiert Surfacic Curvature Analysis 264 Sweep Siehe Translationskörper Symmetrie 191 erzeugen 195 Fehlermeldungen 197 interne Arbeitsweise 193 Parameter 191 Übung 201 Symmetry 191

T Tap-Thread-Analysis 153 Tasche 70 Teilfläche 218 Teilfläche entfernen 172 erzeugen 177 Fehlermeldungen 178 interne Arbeitsweise 174 Parameter 172 Übung 183 Teilfläche ersetzen 172 erzeugen 176 Fehlermeldungen 178 interne Arbeitsweise 174 Parameter 172 Übung 183 Thick Surface 89 Thickness 165 Thread 151 Three-Tangent-Fillet 129 Transformation Siehe Operation, Transformation Transformation Shape Siehe Operation, Transformation Translate 183 Translation 183

Stichwortverzeichnis Translationskörper Siehe Rille Siehe Rippe Tree Siehe Konstruktionsbaum Trennelement 100 Trennen 143 erzeugen 145 Fehlermeldungen 147 interne Arbeitsweise 144 Parameter 143 Übung 150 Trim 28 Trimmen Siehe Trennen

U Übergangskörper Siehe Loft, positiver Siehe Loft, entfernter Umformen Siehe Schmieden Union Siehe Hinzufügen Union Trim Siehe Vereinigen und Trimmen Unterform 300 Urformen Siehe Gießen Ursprungsebenen 15 Ursprungselemente Siehe Ursprungsebenen User Pattern 201

V Variable Draft 105 Variable Edge Fillet 126 Verbindungsüberprüfung 267 Vereinigen und Trimmen 28 Vereinigung Siehe Operation, boolsche Verknüpfung Körper 28 Parameter 235 Volumenkörper 18 Verrundung 119 Drei-Tangenten 129 erzeugen 123 Fehlermeldungen 130 interne Arbeitsweise 121 konstante 123 Methodik 258 Parameter 119

Übungen 136 variable 126 Zwei-Flächen 128 Verschieben 183 erzeugen 187 Fehlermeldungen 188 interne Arbeitsweise 184 Parameter 183 Übung 191 Verschiebung 183 Verschneiden 28 Versteifung 78 Vertex 218 Vervielfältigung Siehe Operation, Transformation Volume Siehe Volumenelement Volumenelement 15 Volumenkörper 15, 16 erzeugen 64 Fehlermeldungen 91 interne Arbeitsweise 62 Parameter 61 Struktur 239 Übersicht 18 Übung 98 Vorzeichen 18 Volumenkörper, flächenbasiert 16, 64 Aufmaßfläche 89 Fläche schließen 90 Volumenkörper, skizzenbasiert 16, 62 Block 64 Block mit Verrundung 68 Bohrung 79 Kombinieren 83 Loft, entfernter 88 Loft, positiver 84 Mehrfachblock 67 Nut 73 Rille 77 Rippe 74 Tasche 70 Versteifung 78 Welle 71 Volumenmodell 15

ändern 273 Struktur 223, 292 Übung 22 Vorschlag 302 Vorserienphase 284, 296 Vorzeichen Körper 23 Volumenkörper 18

W Welle 71 Werkzeug 300, 304 WWW 14

Z Zerspanen 286, 309 Zusammenbauen 28

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