3D-CAD (1): Maschinen helfen zeichnen und konstruieren 21.07.2013, 07:25

3D CAD

Unter CAD (von engl. computer-aided design), zu Deutsch »rechnerunterstütztes Zeichnen und Konstruieren«, versteht man das Konstruieren eines Produkts mit den Mitteln der elektronischen Datenverarbeitung (EDV). Fast alle CAD-Anwendungen beherrschen inzwischen die dritte Dimension (3D). Um sie von der herkömmlichen Arbeitsweise abzugrenzen, bezeichnet man sie als MCAD (Mechanical CAD) oder als 3D-CAD. Mit den folgenden Beiträgen führt der tec.LEHRERFREUND in das Arbeiten mit MCAD ein. Dabei stützt er sich auf 3D-Software von SolidWorks.

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3D-CAD

Unter CAD (von engl. computer-aided design), zu Deutsch »rechnerunterstütztes Zeichnen und Konstruieren«, versteht man das Konstruieren eines Produkts mit den Mitteln der elektronischen Datenverarbeitung (EDV). Eine gute Beschreibung zu CAD findet man in WIKIPEDIA.
Fast alle CAD-Anwendungen beherrschen inzwischen die dritte Dimension (3D). Um sie von der herkömmlichen Arbeitsweise abzugrenzen, bezeichnet man sie als MCAD (Mechanical CAD) oder als 3D-CAD. Somit versteht man unter CAD auch die Herstellung virtueller räumlicher Modelle mit Hilfe des Computers. Von der 3D-Basis ausgehend lassen sich die nach wie vor benötigten normgerechten technischen 2D-Zeichnungen herstellen (ableiten). Das virtuell bestehende dreidimensionale Objekt dient auch als Grundlage für räumliche Abbildungen in beliebigen Positionen..

Der tec.LEHRERFREUND führt in das Arbeiten mit MCAD ein. Dabei stützt er sich auf 3D-Software von SolidWorks. Über diesen Link erhalten interessierte Schüler und Studenten Informatione zu kostenlosen SolidWorks-Testversionen. 

Grundsätzliches: CAD-Programme zeichnen und konstruieren nicht von selbst – so wenig, wie ein Textprogramm in der Lage ist, einen persönlichen Brief zu verfassen. CAD wird von Menschen bedient, die, bevor sie sich an den Computer setzen, wissen müssen, was sie wollen. Um es am Beispiel eines zylindrischen Bauteils (Stößel, Bild unten) zu erläutern: Der Programm-Nutzer muss sich überlegt haben, welche Form das Teil haben soll – auf den glatten Durchmesser folgt links ein Außengewinde, rechts ein weiterer glatter Durchmesser mit Ringnute – welche Maße er eintragen will, wie das Teil während der Fertigung bearbeitet werden soll, usw. Dann bringt er seine Idee in einer Freihandskizze zu Papier; CAD-Erfahrene verlegen selbst diesen Schritt auf den Bildschirm. 

Bezugs-Baugruppe für die folgenden tec.LF-Beiträge ist ein Stößelantrieb (Bild unten), der zunächst als konventionell erstellte Zeichnung vorliegt. An seinem Beispiel erläutern wir die Schritte zur Erstellung dreidimensionaler Bauteile, später auch von Baugruppen und 2D-Zeichnungen.

Stößelantrieb
Der in einem Graugussgehäuse gelagerte Exzenter(welle) wird über Zahnräder angetrieben. Dabei macht die Lasche Schwingbewegungen, deren senkrechte Komponenten über eine Achse und eine Gabel auf den in einer Lagerbuchse laufenden Stößel übertragen werden. Auf den unteren Teil des Stößels wird ein (hier weggelassenes) Nietwerkzeug aufgesetzt. 
Die Seitenansicht ist vereinfacht gezeichnet ohne Scheiben und Sicherungsringe. 

Die zuvor gemachte Aussage, der Konstrukteur müsse als Erstes wissen, was er will, heißt hier: Er muss sich, um einen auf- und abgehenden Stößel zu erhalten, für eine passende Mechanik entscheiden. Er hat in diesem Fall einen Exzenterantrieb gewählt; es wäre beispielsweise auch ein Nockenantrieb, ein Pleuelantrieb oder ein druckluftgesteuerter Kolbenantrieb möglich gewesen. Allerdings: Die Entscheidung für eine der Alternativen kann auch ein CAD-Programm dem Konstrukteur nicht abnehmen.

Welche Vorteile bietet das Zeichnen und Konstruieren mit der CAD-Technik?

Am Beginn der Entstehung eines Erzeugnisses stehen die Überlegungen und die praktische Arbeit des Konstrukteurs.  Welche Kosten bei der Herstellung entstehen, wird nach Untersuchungen von der Konstruktionsabteilung mit bis zu 70% beeinflusst. CAD bietet eine Verbesserung der Konstruktionsqualität, weil der Konstrukteur auf Normteilkataloge u. Ä. zugreifen kann. Dazu entlastet CAD den Konstrukteur von Routinearbeiten wie z. B. Bemaßen, Schraffieren und Stücklisten anlegen.
Da CAD – wen man es einmal beherrscht – ohne Probleme und ohne großen Zeitaufwand vom gleichen Objekt mehrere Entwurfsvarianten ermöglicht, erreicht das Konstruieren eine wesentlich verbesserte Qualität.
Die Unbestechlichkeit des Rechners führt zu einer geringeren Fehlerquote in der Fertigung und schränkt so nachträgliches, teures Ändern in der Produktion stark ein.
Eine einmal am Computer erbrachte Leistung kann immer wieder genutzt werden.

In den folgenden Beiträgen zum Thema CAD (2): Teile modellieren wird schematisch das Modellieren von einfachen Einzelteilen gezeigt. Fünf davon sind hier abgebildet. 

Die SolidWorks-Studentenversion enthält sehr gute Hilfen, wie z. B. die SolidWorks-Lehrbücher. Sie zeigen SolidWorks-Funktionen in einem auf Beispielen basierendem Lernformat.

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