Gerhard Engelken

SolidWorks 2010

Enge

lken

9 783446 423671

www.hanser.de

ISBN 978-3-446-42367-1

SolidWorks ist ein leistungsstarkes CAD-System, das im Maschinenbau breite Anwendungfindet. Auch in der Ausbildung wird es gerne eingesetzt, da es wegen seiner hohenBenutzerfreundlichkeit leicht erlernbar ist.

Dieses Lehr- und Arbeitsbuch führt anhand eines durchgängigen Beispiels in das methodi-sche Arbeiten mit SolidWorks ein. Die Inhalte basieren auf Version 2010, sind aber auch auffrühere Versionen übertragbar. Das Buch empfiehlt sich Einsteigern, Schülern, Studierendenund Anwendern für das Selbststudium bzw. als ausbildungsbegleitende Lektüre.

Ausgehend von der Skizzenbearbeitung wird das Modellieren von zunehmend komplexerenEinzelteilen dargestellt. Die modellierten Teile werden nach einer vorgegebenenBaugruppenstruktur zu einem Pneumatikzylinder zusammengebaut, und es werden bei-spielhaft Zeichnungen von Einzelteilen und Baugruppen abgeleitet.

Von diesem Leitbeispiel ausgehend werden speziellere Themen behandelt: das Modelliereneiner Schweißgruppe oder eines Gussteiles, das Arbeiten mit Konfigurationen, neutraleDatenformate und der Teiledownload aus dem Internet, verschiedene Möglichkeiten derSimulation sowie die Anwendungsprogrammierung mit Visual Basic.

Unter www.downloads.hanser.de finden sich die Dateien zu allen im Buch dargestelltenBeispielen sowie zusätzliche Materialien wie Zeichnungsrahmen und Blöcke.

Prof. Dr.-Ing. Gerhard Engelken lehrt an der Hochschule RheinMain, FB Ingenieur wissen -schaften, in den Bereichen CAD und CAE. Zugleich führt er Industrieprojekte mit den Schwer -punkten Kon-struktionsmethodik und CAD-Nutzung durch.

Gerhard Engelken

SolidWorks 2010Methodik der 3D-Konstruktion

2., aktualisierte Auflage

WORKBOOK

Mit durchgängigem

Projektbeispiel

Solid

Wor

ks 2

010

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Gerhard Engelken

SolidWorks 2010 Methodik der 3D-Konstruktion

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Gerhard Engelken

SolidWorks 2010 Methodik der 3D-Konstruktion

5

Inhalt

Vorwort ..................................................................... 7

1 Einführung ................................................. 9

1.1 Das Unternehmen und die Software SolidWorks ................................................9

1.2 Installationsvoraussetzungen ...............10

2 Grundlagen von SolidWorks ................. 11

2.1 Beginnen einer Arbeitssitzung .............11 2.2 Öffnen einer neuen Datei ......................11 2.3 Öffnen einer bereits existierenden

Datei .........................................................12 2.4 Speichern und Schließen einer Datei...12 2.5 Die Benutzeroberfläche..........................12 2.6 Die Online-Lehrbücher ..........................16 2.7 Ausgewählte Symbolleisten ..................18 2.7.1 Symbolleiste Standard...........................18 2.7.2 Symbolleiste Ansicht .............................20 2.7.3 Symbolleiste Standardansichten ..........22 2.8 Anpassen der Symbolleisten.................22 2.9 Tastenkombinationen ............................23 2.10 Belegung der Maustasten ......................25 2.11 Modellieren mit Features.......................25 2.12 Skizzenerstellung ...................................28 2.13 SolidWorks-Hilfen..................................32

3 Konstruktionsbeispiel - Einzelteile...... 33

3.1 Einführung in das Konstruktions- beispiel .....................................................33

3.2 Zuganker .................................................34 3.3 Zylinderrohr ............................................39 3.4 Stangenmutter ........................................41

3.5 Hülse ........................................................45 3.6 Zugankermutter ......................................49 3.7 Anschlusskonsole ...................................54 3.8 Kolbenstange ..........................................62 3.9 Drossel .....................................................66 3.10 Kolben......................................................69 3.11 Boden.......................................................73 3.12 Deckel ......................................................86

4 Erstellen von Baugruppen .....................93

4.1 Vorgehensplan........................................93 4.2 Die Unterbaugruppe Hubelemente.......96 4.3 Erstellen einer Explosions-

darstellung............................................ 101 4.4 Die Baugruppen Zylinder und

Zylinder kpl.......................................... 103

5 Erstellen von Zeichnungen................. 105

5.1 Das Arbeiten mit Vorlagendateien.... 105 5.2 Anschlusskonsole ................................ 107 5.3 Deckel ................................................... 116 5.4 Zylinder ................................................ 121

6 Funktionen zum Evaluieren ............... 129

6.1 Messen .................................................. 129 6.2 Masseneigenschaften .......................... 131 6.3 Querschnittseigenschaften ................. 135 6.4 Element prüfen .................................... 136 6.5 Statistik................................................. 136 6.6 Interferenzprüfung .............................. 137 6.7 Gleichungen in einem Teildokument 138 6.8 Gleichungen in einem

Baugruppendokument ........................ 144

Inhalt

6

7 Konfigurationen....................................147

7.1 Variantenkonstruktion mit Konfigurationen .................................. 147

7.2 Konfigurationen mit Tabellen- steuerung.............................................. 151

8 Projekt Schweißkonsole ......................157

8.1 Werkzeuge der Symbolleiste Blech... 158 8.2 Modellieren eines Blechbiegeteils ..... 160 8.3 Erstellen der Zeichnung für das

Konsolenblech...................................... 165 8.4 Modellieren einer Schweißgruppe..... 165 8.5 Konstruieren im

Baugruppenzusammenhang............... 172 8.6 Arbeiten mit der SolidWorks-

Toolbox................................................. 175

9 Schweißkonsole als Strukturbauteil..187

9.1 Das Erstellen einer 3D-Skizze............ 188 9.2 Erstellen eines Strukturbauteils ......... 190 9.3 Komplettieren der Konstruktion........ 192

10 Projekt Gusskonsole .............................195

10.1 Modellieren eines Gussrohteils .......... 195 10.2 Modellieren von Aussparungen am

Gussrohteil ........................................... 204 10.3 Mechanische Bearbeitung am

Gussrohteil ........................................... 207 10.4 Assembly Zylinder und

Gusskonsole ......................................... 212

11 Bewegungsstudien................................213

11.1 Einführung ........................................... 213 11.2 Die Werkzeuge des MotionManagers 214 11.3 Erstellen einer Bewegungssimulation218 11.4 Erstellen einer Basisbewegung .......... 222

12 Schnittstellen für den Datenaustausch .................................... 225

12.1 Neutrale Datenformate für den Datenaustausch.................................... 226

12.2 Direktschnittstellen ............................. 228 12.3 Schnittstellen zu 3D-Geometrie-

kernen ................................................... 228 12.4 Sonstige Schnittstellen ....................... 229 12.5 Importieren von Datenmodellen für

Kaufteile ............................................... 230 12.6 Download eines Kolbendichtrings

von Simrit ............................................ 231 12.7 Download eines Kolbendichtrings

über 3D ContentCentral...................... 236 12.8 Einbau eines Kolbendichtrings in die

Baugruppe Hubelemente .................... 240

13 eDrawings.............................................. 243

13.1 Allgemeines.......................................... 243 13.2 Aufbereiten von eDrawings-Dateien

aus SolidWorks.................................... 244

14 FE Analyse mit SolidWorks SimulationXpress.................................. 251

14.1 SolidWorks SimulationXpress und SolidWorks Simulation....................... 251

14.2 Durchführen einer FE-Analyse für die Anschlusskonsole.......................... 253

15 SolidWorks und Visual Basic .............. 269

15.1 Einleitung ............................................. 269 15.2 Aufzeichnen eines Makros................. 270 15.3 Vorarbeiten für das Makro

Schriftfeld............................................. 274 15.4 Erstellen des Makros Schriftfeld........ 278

Index ................................................................. 291

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Vorwort

Das Arbeiten mit dem CAD-System SolidWorks ist wegen seiner hohen Benutzer-freundlichkeit relativ leicht erlernbar. SolidWorks wird daher gerade in der Ausbil-dung von Schülern und Studierenden gerne eingesetzt. Das vorliegende CAD-Praktikum auf der Basis von SolidWorks 2010 richtet sich daher vorwiegend an Schüler und Studierende, die ergänzend zu dem hervorragenden Online-Tutorial an einem durchgängigen Konstruktionsbeispiel den Umgang mit SolidWorks trainieren möchten, um die Konstruktionsübungen an Berufsschulen oder Hochschulen und Universitäten erfolgreich zu bewältigen. Ausgehend von einfachen Drehteilen über prismatische Teile zu komplexeren Ein-zelteilen, werden die unterschiedlichen Modelliermöglichkeiten geübt. Die erstellten Teile werden dann schrittweise zu einem Pneumatikzylinder zusammengebaut. Im folgenden Übungsteil wird die Ableitung einer technischen Zeichnung aus 3D-Modellen mit verschiedenen Ansichten, Schnitten und Teilschnitten erklärt. In die-sem Zusammenhang wird auch das Arbeiten mit Vorlagendateien erläutert. Anschließend werden aufbauend auf dem Leitbeispiel verschiedene Spezialthemen vorgestellt, wie zum Beispiel das Arbeiten mit Konfigurationen, das Erstellen einer Schweißgruppe, das Erstellen eines Gussteils mit der Unterscheidung von Rohteil und bearbeitetem Teil, die physikalische Simulation, Schnittstellen und Teileimport, eDrawings. die Durchführung einer FE-Analyse, und schließlich die Nutzung von Visual Basic zur Funktionserweiterung. Damit können auch Einsteiger und Anwender aus der Industrie einen Nutzen aus dem Buch ziehen. Es wird empfohlen, die Übungen direkt am Rechner durchzuführen. Bei intensivem Durcharbeiten der Übungen ist eine Bearbeitungszeit von ca. 40 Stunden einzupla-nen. Folgende ehemalige Studierende des Studienbereichs Maschinenbau der Hochschule RheinMain am Studienort Rüsselsheim haben durch ihre Arbeiten zu diesem Buch beigetragen: Adrian Becker, Stefan Berlitz, Georg Gomolka, Wolfgang Schulz, Wolf Stahr. Hierfür an dieser Stelle herzlichen Dank. Ebenso danke ich Sieglinde Schärl und Stefanie König vom Hanser-Verlag, die das Entstehen dieses Buches gefördert und unterstützt haben. Mit diesem Praktikum sind natürlich noch nicht alle Modelliermöglichkeiten von SolidWorks angesprochen. Jedoch zeigt meine Erfahrung, dass die Benutzer nach Durcharbeitung dieser Unterlagen die Systemphilosophie dieses modernen 3D-CAD-Systems verstanden haben und fundierte Kenntnisse besitzen, um das System pro-duktiv einzusetzen.

Vorwort

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Rückmeldungen, Kritik und Anregungen können Sie mir gerne per eMail zusenden (Gerhard.Engelken@hs-rm.de). Die Dateien zu den im Buch dargestellten Beispielen sowie zusätzliche Materialien (Zeichnungsrahmen, Blöcke) finden Sie auf der Downloadseite des Hanser-Verlags www.downloads.hanser.de. Ich hoffe, dass die vorliegende Praktikumsunterlage vielen Schülern und Studieren-den, aber auch Fachkräften aus der Praxis den Einstieg in die dreidimensionale CAD-Modellierung erleichtern wird, und wünsche viel Spaß und Erfolg beim Durch-arbeiten der Unterlagen. Rüsselsheim, April 2010 Gerhard Engelken

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1 Einführung

1.1 Das Unternehmen und die Software SolidWorks

Die Entwicklung der Software SolidWorks und die Gründung des gleichnamigen Unternehmens waren ein bedeutsamer Meilenstein in der CAD-Geschichte. Sie wa-ren das Ergebnis der Initiative von Jon Hirschtick, der im Jahre 1993 an seinem Wohnort Winchester die Software-Firma „Winchester Design Systems“ gründete und in der Folgezeit eine erste Version seiner 3D-CAD-Vision auf der Basis von Windows NT entwickelte. Mithilfe dieses Prototypen konnte er weitere Unterstützer gewinnen. 1995 wurde das Unternehmen dann in SolidWorks umbenannt. SolidWorks war zur damaligen Zeit in verschiedener Hinsicht revolutionär: Zum einen wurde konsequent der Einstieg in das Arbeiten mit CAD über das Modellieren eines 3D-Volumenkörpers umgesetzt. Zum anderen war dies mit einer im Vergleich zu anderen Systemen vorbildlichen Benutzerfreundlichkeit verbunden, die auch heute noch ein herausragendes Merkmal von SolidWorks ist und die es entspre-chend einfach erlernbar und nutzbar macht. Schließlich war SolidWorks von An-fang an ausschließlich für PC-Hardware mit Windows-Betriebssystem konzipiert, was zu entsprechend günstigen Kosten je Arbeitsplatz führte. Anders als bei den etablierten CAD-Anbietern wurde der Vertrieb der Software mithilfe von Vertriebs-partnern organisiert. Auch bei der Software-Entwicklung verfolgte SolidWorks nicht den Anspruch, alles aus einer Hand anzubieten, sondern konzentrierte sich auf den CAD-Kernbereich. Ergänzende Anwendungen z. B. für Finite-Elemente-Be-rechnungen oder NC-Programmierung wurden über Partnerunternehmen für Solid-Works verfügbar. In der Folgezeit stellte sich ein beachtlicher Markterfolg ein, der dazu führte, dass das Unternehmen SolidWorks 1997 von Dassault Systèmes, dem Entwickler der CAD-Software CATIA, mit Sitz in Suresnes, Frankreich, erworben wurde. Hauptsitz von SolidWorks ist jedoch immer noch Concord, Massachusetts (USA), Entwick-lungsstandorte befinden sich in Los Angeles (USA), Cambridge (England), Hägersten (Schweden) sowie in Indien. Im Zuge des erfolgreichen Unternehmenswachstums hat SolidWorks auch selbst einstige Partnerunternehmen übernommen wie z. B. COSMOS. Dies kommt seit SolidWorks 2009 auch darin zum Ausdruck, dass die entsprechende Simulationssoftware nicht mehr unter dem Namen COSMOSWorks geführt wird, sondern im Interesse einer stärkeren Corporate Identity als SolidWorks Simulation bezeichnet wird. Laut Herstellerangaben werden heute (2010) mehr als 500.000 Lizenzen weltweit genutzt.

1 Einführung

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1.2 Installationsvoraussetzungen

Als Installationsvoraussetzungen für SolidWorks 2010 werden auf der SolidWorks-Website (http://www.solidworks.com/sw/support/SystemRequirements.html) die nachfolgenden Anforderungen genannt:

Betriebssysteme: Windows XP Professional (32 Bit) SP2 oder höher

Windows XP Professional (64 Bit) Windows Vista (32 Bit) Windows Vista (64 Bit): die 64-Bit-Betriebssysteme werden jedoch mit der Edu-cation Edition, Student Edition und dem Student Design Kit erst nach dem aka-demischen Jahr 2008-2009 unterstützt Windows 7 Professional, Ultimate oder Enterprise Edition (32 Bit) Windows 7 Professional, Ultimate oder Enterprise Edition (64 Bit)

Intel®- oder AMD®-Prozessoren, für Windows 7 muss die genutzte CPU jedoch SSE2 unterstützen (Streaming SIMD Extension2) Mindestens 1 GB RAM, empfohlen werden 2 GB oder mehr Maus oder andere Zeigegeräte DVD-Laufwerk Microsoft Excel 2002, 2003 oder 2007 Internet Explorer 6.x oder höher Adobe Acrobat Version 7.0.7 oder höher Microsoft Windows-Netzwerk- und Active Directory-Umgebung

Der genutzte PC sollte natürlich über eine leistungsstarke Grafikausgabe und einen entsprechend großen Bildschirm verfügen. Informationen zu getesteten und kompa-tiblen Grafikkarten sind ebenfalls auf der SolidWorks-Website (http://www. solidworks.de/sw/videocardtesting.html) zu finden.

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2 Grundlagen von SolidWorks

2.1 Beginnen einer Arbeitssitzung

Sie beginnen eine Arbeitssitzung durch das Starten der SolidWorks-Sofware über die Menüfolge START > PROGRAMME > SOLIDWORKS 2010 (INSTALLATIONSVERZEICHNIS) > SOLIDWORKS 2010 X64 (SOFTWARENAME JE NACH INSTALLIERTER VERSION).

2.2 Öffnen einer neuen Datei

Beim erstmaligen Arbeiten mit SolidWorks müssen Sie dann eine neue Datei öffnen über die Menüfolge DATEI > NEU. Wenn Sie eine neue Datei öffnen, müssen Sie in dem sich öffnenden Fenster Neues SolidWorks Dokument entscheiden, ob Sie

das 3D-Modell für ein Teil erstellen, mehrere Teile zu einer Baugruppe zusammenführen oder die Zeichnung für ein Teil oder eine Baugruppe erstellen wollen.

In diesem Fenster spiegelt sich die grundlegende Philosophie des Arbeitens mit 3D-CAD-Systemen: Es werden zunächst 3D-Modelle für die Einzelteile entwickelt, diese Einzelteile werden zu Baugruppen zusammengeführt. Die Zeichnungen entstehen dann durch Ableiten aus den Modellen der Einzelteile oder Baugruppen.

Neu

2 Grundlagen von SolidWorks

12

In SolidWorks werden die verschiedenen Dokumente auch über unterschiedliche Dateikennungen (Extensions) unterschieden, und zwar:

.sldprt für eine Teiledatei (Part-Datei)

.sldasm für eine Baugruppendatei (Assembly-Datei)

.slddrw für eine Zeichnungsdatei (Drawing-Datei) Durch Anklicken der Schaltfläche Teil und anschließendes Betätigen von OK öffnen Sie eine neue Teiledatei, die den Defaultnamen Teil1 erhält. Diesen Namen können Sie später mit DATEI > SPEICHERN UNTER nach Ihren Vorstellungen verändern.

2.3 Öffnen einer bereits existierenden Datei

Solange Sie direkt mit SolidWorks arbeiten und selbst entscheiden, in welchem Ordner in Ihrem Dateisystem Ihre Dateien abgelegt werden, können Sie die abgeleg-ten Dateien auch wieder über den Dateibrowser (Explorer) anwählen und öffnen. Das Browserfenster erscheint auch mit DATEI > ÖFFNEN auf Ihrem Bildschirm. Alternativ können Sie die entsprechende Funktion ÖFFNEN der Menüleiste nutzen.

2.4 Speichern und Schließen einer Datei

Das Speichern einer Datei erfolgt über die Funktion DATEI > SPEICHERN bzw. über DATEI > SPEICHERN UNTER oder über die entsprechende Funktion SPEICHERN aus der Menüleiste. Wie bei anderen Windows-Anwendungen werden Dateien auch über die Funktion DATEI > BEENDEN geschlossen oder dadurch, dass Sie das Anwendungsfenster durch Anwahl des kleinen Kreuzes in der rechten oberen Ecke schließen.

2.5 Die Benutzeroberfläche

Die Benutzeroberfläche von SolidWorks ist mit ihren Elementen in der Abbildung auf der nächsten Seite dargestellt: Über die Menüleiste können wie in Windows üblich Pull-down-Menüs geöffnet und Befehle durch entsprechende Menüauswahl ausgelöst werden. Zum Sichtbarmachen der Menüs und Auslösen einer entsprechenden Menüauswahl muss die Pfeilschalt-fläche neben dem Firmenlogo betätigt werden. Sie können die Menüs auch durch Anklicken des Stecknadelsymbols dauerhaft sichtbar machen.

Öffnen

Speichern

Schließen

Menüleiste

2.5 Die Benutzeroberfläche

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Daneben sind in der Menüleiste häufig verwendete Funktionen der Symbolleiste Standard über entsprechende Icons oder Fly-out-Menüs direkt ansprechbar. In sol-chen Fly-out-Menüs werden thematisch verwandte Befehle zusammengefasst. Ebenfalls in der Menüleiste angeordnet sind der Suchassistent bzw. das Fragezei-chen-Fly-out-Menü, mit dem auf die umfangreichen Hilfefunktionen zugegriffen werden kann. Symbolleisten enthalten themenbezogen gruppiert Icons, die das direkte Auslösen von Befehlen durch Anklicken des entsprechenden Icons ermöglichen. Der BefehlsManager ist ein Instrument, mit dem je nach dem Kontext der aktuellen Konstruktionsaufgabe unterschiedliche Symbolleisten für den Benutzer vergrößert leicht erreichbar gemacht werden. Beim Modellieren eines Teiles sind per Default die Symbolleisten Features, Skizzieren, Evaluieren sowie DimXpert über den Be-fehlsManager ansprechbar. Je nachdem, welche der Schaltflächen im Steuerbereich des BefehlsManagers aktiviert wird, zeigt der BefehlsManager die entsprechende Symbolleiste.

Fly-out-Menü Speichern

Fragezeichen-Fly-out-Menü

2 Grundlagen von SolidWorks

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Die Symbolleiste Office Produkte ermöglicht das Aktivieren von Zusatzanwendun-gen aus dem SolidWorks Professional- bzw. Premium-Paket.

Links vom Grafikbereich können durch Betätigen entsprechender Schalter Feature-Manager, PropertyManager, ConfigurationManager oder DimXpertManager zur An-zeige gebracht werden. Am wichtigsten für den Anfang ist der FeatureManager, der im Ausgangszustand sichtbar ist. Er zeigt in strukturierter Form die Elemente, die in der jeweiligen Datei enthalten sind (Featurebaum). Den Ausgangszustand für den Featurebaum einer Teiledatei zeigt die nachfolgende Abbildung. Im weiteren Verlauf des Modellierens werden die verwendeten Konstruktionselemente (Features) im Featurebaum ergänzt. Durch Anklicken der einzelnen Features im Featurebaum mit der rechten Maustaste und entsprechende Auswahl im Kontextmenü kann man sich im Nachhinein sehr einfach über die Eigen-schaften der verwendeten Features informieren oder diese Eigenschaften verändern. Der PropertyManager aktiviert sich automatisch bei Auslösen eines Modellierbefehls und führt den Benut-zer durch die für den Befehl erforderlichen Aktionen, der ConfigurationManager ermöglicht es, Varianten eines Teils, einer Baugruppe o-der einer Zeichnung zu verwalten. Mit dem DimXpertManager können in einer Tei-ledatei Bemaßungen sowie Form- und Lagetoleranzen angebracht und verwaltet werden. Dazu später mehr.

Featurebaum