Software: CAD - Fusion-Tutorial - Distanzstueck - Basiselement

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Basiselement (Rohteil)

CAD-Modelle von Bauteilen:

sollte man fertigungsorientiert entwickeln (zuerst Fertigungsverfahren klären - im Folgenden "abtragend" aus einem Rohteil).

Das CAD-Modell eines Bauteils entsteht sequentiell durch die schrittweise Definition von Elementen.

Elemente:

sind abgegrenzte Einheiten parametrischer Geometrie, aus denen die komplexere Geometrie von Bauteilen zusammengesetzt wird.

Basiselement:

ist das erste Element, das in einem Bauteil erstellt wird. Das Basiselement sollte die Ausgangsform (=Rohteil) des Bauteils darstellen.

Ursprung-Koordinatensystem:

das Basiselement sollte am Ursprungskoordinatensystem des Bauteils sinnvoll verankert werden.

Meist ist es sinnvoll, dass die Ursprungsachsen und -ebenen dabei die Symmetrie des Bauteils widerspiegeln (soweit dies möglich ist).

2D-Skizze:

2D-Form, aus der durch eine 3D-Operation ein Element-Volumen entsteht.

3D-Operation:

entspricht einem Fertigungsschritt (additiv/subtraktiv), z.B. Extrusion, Drehung, Sweeping.

Skizziertes Element:

entsteht als Volumen-Element aus einer 2D-Skizze durch Anwendung von 3D-Operationen.

Basis-Skizze mit Projektion des Ursprung-Koordinatensystem

Wir entwickeln das Rohteil als skizziertes Element. Dafür müssen wir zuerst eine 2D-Skizze erstellen. Meist ist es sinnvoll, diese Basis-Skizze auf die XY-Ebene des Ursprung-Systems zu legen (entspricht hier der Ansicht von "Oben"):

Danach befindet man sich im Skizzen-Modus. Die zugehörige Skizzen-Palette kann in Größe und Position frei auf dem Desktop geändert werden:

• Die Skizze1 erscheint im Browser in einem Skizzen-Ordner und außerdem als erste Operation unten in der Zeitleiste.
• Damit man ein Bauteil am Ursprung-Koordinatensystem "fixieren" kann (gegen Verschieben und Verdrehen), sollte man grundsätzlich den Mittelpunkt und die Koordinatenachsen der Skizzenebene in die Basisskizze zu projizieren (hier die X- und Y-Achse)! Nach Skizze > Erstellen > Projizieren/Einschließen > Projizieren muss man diese Ursprungselemente im Modell-Browser anklicken. Es erscheinen dann ein Punkt und die zwei Strecken als Elemente in der Skizze:

• Hinweis: Die meisten CAD-Programme (auch Fusion) unterstützen eine Form des automatisierten Objektfangs. Beim Skizzieren versucht das Programm dabei zu erkennen, welche Ursprungs- oder Geometrieelemente als Referenz benötigt werden, projiziert diese und erstellt automatisch eine Verknüpfung. Das hier gezeigte Vorgehen mit manueller Projektion ist für Einsteiger aber weniger fehleranfällig und funktioniert in fast jedem anderen Programm ähnlich.

Verankerung am Koordinaten-Ursprung

Wir verwenden ein Halbzeug als Rohteil für das Distanzstück:

• Zum Einsatz kommen gezogene Sechskant-Aluminiumstangen EN-AW-5754 (AlMg3) nach LN 1797 mit einer Schlüsselbreite=7 mm.
• Davon benötigen wir als Zuschnitt eine Länge=30 mm.
• Diesen Zylinder mit sechseckigem Profil entwickeln wir als skizziertes Element.

Das zu skizzierende gleichseitige Sechseck muss am Mittelpunkt des Ursprung-Koordinatensystems verdrehsicher verankert werden:

• Am Mittelpunkt des Ursprung-Koordinatensystems platzieren wir den Mittelpunkt eines 6-eckigen Polygons (Skizze > Erstellen > Polygon > Inneres Polygon):

• Bevor man den Mittelpunkt des Polygons auf dem projizierten Ursprung-Mittelpunkt platzieren kann, muss man soweit in die Skizzen-Ansicht hinein zoomen, bis man die Punkte der projizierten Elemente voneinander unterscheiden kann:

• Der Eckpunkt des Polygons (platziert auf der projizierten Y-Achse, aber nicht auf einem ihrer "Endpunkte") bestimmt nur die Orientierung und die "dargestellte" Größe des gezeichneten Sechsecks, ohne die Größe durch eine Skizzen-Bemaßung wirklich festzulegen.
• Wir beenden den Polygon-Befehl mittels Kontextmenü (rechte Maustaste) > OK oder einfacher durch die <ESC>-Taste.
• Diese noch "unbestimmte" Größe des Polygons sollte man überprüfen, indem man mit gedrückter Maustaste an einer der 6 Seiten zieht:

• Es ist jedoch nicht möglich, durch Ziehen mit dem Cursor das Polygon um den Mittelpunkt zu drehen oder in Bezug auf den Mittelpunkt zu verschieben (wenn die projizierten Punkte beim Zeichnen korrekt gefangen wurden!).

Skizzen-Abhaengigkeiten und Skizzen-Bemaszung

Die Form der Skizze wird stabilisiert durch Skizzen-Abhängigkeiten:

• Einen Teil dieser Abhängigkeiten kann man über die Skizzenpalette direkt als Symbole einblenden bzw. wieder ausblenden:
  
• 
  Dies betrifft im Beispiel nur das Polygon-Symbol am Mittelpunkt, welches die Abhängigkeiten der Polygonseiten zueinander repräsentiert (gleich lang, gleiche Winkel zwischen den Seiten).
• Weitere Abhängigkeiten werden erst angezeigt, wenn man mit dem Cursor auf die entsprechenden Skizzen-Elemente zeigt:
  • An jedem Polygon-Eckpunkt zeigt ein Koinzidenz-Symbol, dass die angrenzenden Seiten mit ihren Endpunkten immer deckungsgleich sind.
  • Am oberen Polygon-Eckpunkt erscheinen zwei Koinzidenz-Symbole. Das zweite Symbol zeigt die gewünschte Deckungsgleichheit zwischen diesem Eckpunkt und der projizierten Y-Achse.
• Hinweis: Skizze > Abhängigkeiten öffnet ein Menü mit einer Liste der verfügbaren Abhängigkeiten für 2D-Skizzen.

Formstabilisierte 2D-Elemente (hier das gleichseitige Sechseck) in Skizzen sind unbestimmt groß, solange ihre Größe nicht durch Bemaßung festgelegt wurde. Diese noch mögliche Größenänderung haben wir bereits praktisch durch Ziehen mit dem Cursor getestet.

Wir legen die Größe des Sechsecks durch die Schlüsselweite von 7 mm mittels der Bemaßung zwischen zwei parallelen Polygonseiten fest:

• Hinweis: Zur Erhöhung der Übersichtlichkeit blenden wir über die Skizzenpalette Abhängigkeiten und die projizierte Geometrie aus.
• Skizze > Erstellen > Skizzenbemaßung oder direkt aus MFL:

• Nacheinander Anklicken der beiden gegenüberliegenden Seiten für die Schlüsselbreite und ziehen der Bemaßung auf die gewünschte Position:

• Eintragen der gewünschten Breite von 7 mm in das Dialogfeld.
  
• Beenden der Bemaßungsfunktion (ESC) und Korrektur der Bemaßungsposition (durch Ziehen mit dem Cursor).
• Danach ist die Skizze vollständig bestimmt ("Schloss" am Skizzensymbol!):

Wir können die Skizzier-Umgebung nun verlassen (Skizzenpalette > Skizze fertig stellen), um im Folgenden aus dieser Basis-Skizze das Volumen des Basis-Elements zu erzeugen.

Erzeugen des Rohteils aus der Basis-Skizze

Nach dem "Fertigstellen der Skizze" befindet man sich wieder in der 3D-Arbeitsumgebung für Volumenkörper. Das skizzierte Polygon bleibt sichtbar:

• Volumenkörper > Erstellen > Extrusion ermöglicht sehr intuitiv die Erzeugung des Grundkörpers aus dem skizzierten Sechseck-Profil:

• Der erstellte Körper1 erscheint im Browser in einem Körper-Ordner und die Extrusion als auf der Skizze1 basierende Operation in der Zeitleiste:

Achtung: Nach markanten Bearbeitungsabschnitten sollte man das Speichern mit einer Versionsbeschreibung nicht vergessen! (z.B. "Basis-Körper erzeugt").

Eigenschaften des Bauteils

Das CAD-Modell eines Bauteils bildet nicht nur Geometrie ab, sondern kann zusätzlich noch "beliebige" andere Eigenschaften des realen Bauteils beschreiben, z.B.:
1. Physikalische Eigenschaften

• Verwendetes Material
• Resultierende Masse, Oberfläche, Volumen, Trägheitsmomente
• ...

2. Verwaltungsinformationen

• Bezeichnung des Bauteils
• Kommentierende Beschreibung
• Urheberschaft
• Zuordnung zu einem Projekt
• Bearbeitungsstatus
• ...

Die grundlegenden Eigenschaften des zu modellierenden Bauteils sollte man bereits bei der Definition des Basiselements beschreiben. Zu diesem Zeitpunkt sind die wesentlichen Eigenschaften des Bauteils bekannt, man hat sich z.B. schon bewusst für ein Material und eine geeignete Profilform für das Rohteil entschieden.

Wir beginnen mit der Zuweisung von Aluminium - 6061 als Material:

• Körper1 > Kontextmenü (rechte Maustaste) > Material ermöglicht den Zugriff auf die Materialien der aktuellen Konstruktion und der Materialbibliothek:

• Standardmäßig enthält eine neue Konstruktion nur "Stahl" als Material, welches neuen Körpern dann automatisch zugewiesen wird.
• Das CAD-Programm stellt mehrere Material-Bibliotheken zur Verfügung, welche Werkstoff-Daten für unterschiedliche Anwendungsfälle enthalten.
• Für eine normale Konstruktion genügt die standardmäßig eingestellte "Fusion - Materialbibliothek").
• Diese enthält unterschiedlichste Werkstoff-Klassen.
• Wir müssen in den Metallen das gewünschte Aluminium 6061 finden und durch Drag & Drop mit dem Cursor in die aktuelle Konstruktion ziehen:

• Die Zuweisung des Aluminium 6061 zum Körper1 (Rohteil) erfolgt durch Drag & Drop.
• Hinweis: Erst nach dieser Zuweisung kann man Stahl aus der Konstruktion entfernen. Dazu zieht man im Materialfenster Aluminium über das Stahlsymbol und ersetzt damit alle vorhandenen Instanzen.

Anhand des aktuell zugewiesenen Materials erfolgt automatisch eine Berechnung der davon abhängigen physikalischen Eigenschaften, welche man über Körper1 > Kontextmenü abrufen kann:

• Werte für die spätere technische Zeichnung sind z.B. der Material-Bezeichner und die Masse des Bauteils.
• Trägheitsmomente würden z.B. für bestimmte Belastungsanalysen benötigt.

Für die Einordnung des Bauteil-Modells in das Produkt-Modell der übergeordneten Produktentwicklung werden zusätzliche Informationen benötigt. Diese umfassen u.a. personelle, organisatorische, technologische und ökonomische Aspekte:

• Die nicht-physikalischen Angaben werden firmenspezifisch unterschiedlich behandelt.
• Alle Angaben zum Bearbeiter und den übergeordneten Personen sind bereits durch das eigene Benutzerprofil und die Zuordnung zu einem Team vorhanden.

Wir werden im Beispiel exemplarisch einige allgemeinen Eigenschaften spezifizieren (Browser > Komponente (Einführungsbeispiel) > Kontextmenü > Eigenschaften):

• Die physikalischen Eigenschaften der Bauteil-Komponente entsprechen den Eigenschaften von Körper1, welche wir bereits betrachtet haben.
• Für die Bauteilnummer wird standardmäßig der Name der Konstruktion verwendet. Wir verwenden abgeleitet von der Bezeichnung der Lehrveranstaltung "Geräteentwicklung" das Kürzel GE-202# mit aktuellen Jahreszahl (z.B. GE-2024).
• Der Bauteilname "Einführungsbeispiel v3" kann im Eigenschaftsfeld nicht geändert werden, weil dafür immer der Name der Konstruktionsdatei verwendet wird.
• Die Beschreibung "Distanzstueck" soll die Funktion des Bauteils verdeutlichen.
• Die Felder für die Verwaltungsinformationen können in diesem Eigenschaftsdialog nicht editiert werden.
• Der erzeugte Körper1 repräsentiert das schrittweise zu konstruierende Bauteil "Distanzstueck". Deshalb sollte man in der Browser-Darstellung den erzeugten Körper entsprechend umbenennen:

• Für unser Distanz-Stück sollen diese beispielhaften Einträge genügen, um die Möglichkeiten der Eigenschaftsdefinition zu erkennen.
• In der späteren Produkt-Dokumentation sollten die Informationen möglichst automatisiert an den entsprechenden Stellen eingefügt werden (z.B. im Schriftfeld der Zeichnung).

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