Grundlagen/Einleitung Inhalt Grundlagen und Einführung Begriffsbestimmungen Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen CAD/CAM - Schnittstellen Technische CAD/CAM-Anwendungen CAD/CAM-Techniken

Dieser Umdruck ist eine Dokumentation, die für die Schüler des Unterrichtsfaches CAD/CAM-Techniken bestimmt ist. Der Umdruck enthält im vorliegenden Zustand keine Literaturangaben und ist somit nicht zitierfähig. CAD/CAM-Techniken

1

Grundlagen/Einleitung Gründe für den CAD/CAM Einsatz



Erstes Projekt am MIT in den 50er Jahren



1962 Entwicklung 2D-Sketch-Pad am MIT



1963 Erweiterung auf 3D



In den 60er erster Einsatz bei Flugzeughersteller



Ende der 60er mehrte sich die Anzahl der Hersteller



In den 80ern enormer Wachstum



Heutzutage state-of-the-art in der Konstruktion

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Grundlagen/Einleitung Gründe für den CAD/CAM Einsatz

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Grundlagen/Einleitung Gründe für den CAD/CAM Einsatz

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Grundlagen/Einleitung Gründe für den CAD/CAM Einsatz

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Grundlagen/Einleitung Gründe für den CAD/CAM Einsatz

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Grundlagen/Einleitung Gründe für den CAD/CAM Einsatz

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Grundlagen/Einleitung

Entwicklung der Informationstechnologie in den Jahren 1976-2006:



Die Kosten für Computerleistung reduzierten sich um das 250-fache



Die Verarbeitungsgeschwindigkeit erhöhte sich um das 1200-fache



Die Kosten für die Datenspeicherung reduzierten sich um das 500-fache



Der Platzbedarf für die Speicherung von Daten reduzierte sich um das 13000fache

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Grundlagen/Einleitung Begriffsbestimmung CAD CAM CAP CAE PPS CAQ CIM CNC FEM

Computerunterstützte Entwicklung und Konstruktion Computerunterstützte Systeme in der Fertigung/Montage Computerunterstützte Planung und Arbeitsvorbereitung Computerunterstützte Ingenieurarbeit Computerunterstützte Produktionsplanung und -steuerung Computerunterstützte Qualitätssicherung Verknüpfung aller computerunterstützten Abteilungen in der Fertigung Computerunterstützte numerische Steuerung Finite Element Methode (Festigkeitsberechnungen)

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Grundlagen/Einleitung Beispiele: CAD

Konstruktion, Werksplanung, Hallenplanung, Technische Verwaltung von Geometriedaten

CAM

Steuerung flexibler Fertigungssysteme, Materialfluss-Steuerung technische Steuerung von Maschinen und Anlagen (CNC, NC), Betriebsdatenerfassung

CAP CAE PPS

Arbeits- und Montagepläne, CNC Programmierung

CAQ

Forschung und Entwicklung Auftragsverwaltung, Beschaffung und Wahrenverteilung, Maschinenbelegung, Produktionsprogrammplanung Computerunterstützte Qualitätssicherung

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Grundlagen/Einleitung

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Grundlagen/Einleitung CAx Prozesskette:

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Grundlagen/Einleitung

ENDE Grundlagen/Einleitung

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen

Informatiksystem Hardwarekomponenten

Softwarekomponenten

Zentraleinheit Datenspeicher Eingabegeräte Ausgabegeräte Netzwerkanbindung

Betriebssystem Dienstprogramme Allg. Anwendungen Spezielle Anwendungen

Materielle Komponenten

immaterielle Komponenten

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Zentraleinheit

Gehäuse mit CPU, Grafikkarte, Arbeitsspeicher Netzteil, Steckplätze für Erweiterungen CAD/CAM-Techniken

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Speichermedien Medium

3 ½'' Diskette

ZIP

USB-Stick

Speicherkarte

CD

DVD

Externe Festplatte

Magnetband

Kapazität

Verbreitungsgrad*

geeignet für

Preis**

1,44 MB

heute bedeutungslos, früher sehr hoch

Datenspeicherung und transport kleinerer Datenmengen, aufgrund der Kapazität und sinkender Verbreitung nicht mehr zu empfehlen

ca. 0,20 €

100-750 MB

heute sehr gering, früher mittelstarke Verbreitung

Datenspeicherung und transport

ca. 10,00 - 15.00 €

4 GB bis zu 128 GB

hoch und weiter steigend

Datenspeicherung, hauptsächlich für den Datentransport

ca. 5,00 € (4 GB) bis 65,00 € (128 GB)

bis zu 128 GB

hoch und weiter steigend

Datenspeicherung, hauptsächlich für den Datentransport

ca.5,00 € (4 GB) bis ca. 130,00 € (128 GB)

650 - 870 MB

nimmt mit der Verbreitung der DVD ab

Datenspeicherung, differentielle oder inkrementelle Datensicherung sowie Archivierung von Daten

CD-R ab 0,15 €, CD-RW ab ca.0,50 €

4,7 (Single Layer, Single Side) 17 GB (Double Layer, Double Side)

hoch und weiter steigend

320GB - 4TB

mittel

Vollbackup und Datensicherung

1GB - 2TB

im professionellen Bereich noch verbreitet, im privaten Bereich gering

(Server-)Backup und Datenarchivierung

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Datenspeicherung, differentielle DVD-R bzw. DVD+R ab ca. 0,50 oder inkrementelle €, DVD-RW bzw. DVD+RW ab ca. 1,00 €, Double Layer ab ca. Datensicherung sowie 5,00 € Archivierung von Daten

ca. 50,00 € (320 GB) bis 200,00 € (4 TB)

1600 GB-Band ab ca. 20,00 €

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Speichermedien

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Optische Speicher

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Was passt darauf?

CD DVD Festplatte USB-Sticks, Speicherkarten

1. Mehrere GB

2. Ca. 700 MB

3. Bis ca. 8 GB

4. Einige 100 GB bis mehrere TB (Terabyte)

Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen

Wieviel Platz braucht ... Brief (ohne Bilder) Digitalfoto E-Book (mehrere hundert Seiten) PowerPoint Präsentation CAD Modell eines Industrieroboters 1. 50 KB

2. Bis einige Megabyte

3. Je nach Anzahl der Bilder: mehrere Megabyte

4. Je nach Komprimierung und Länge: Einige Megabyte bis mehrere Gigabyte 20

Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Grafische Eingabegeräte (Interaktion zwischen Benutzer und System)

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Grafische Eingabegeräte

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Grafische Eingabegeräte

Grafiktablett

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Grafische Eingabegeräte

Barcodescanner

für das Lesen von Barcodes

Scanner

digitalisieren Dokumente und Bilder

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Grafische Eingabegeräte

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Grafische Eingabegeräte

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Grafische Eingabegeräte

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Ausgabegeräte Tintenstrahldrucker

Laserdrucker

Nadeldrucker (veraltet)

Plotter sind Großformatdrucker

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Ausgabegeräte

Monitor CAD/CAM-Techniken

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Ausgabegeräte

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Ausgabegeräte

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Ausgabegeräte

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Arbeitsplatzgestaltung (Das richtige Sitzen)

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Arbeitsplatzgestaltung (Das richtige Sitzen) Beispiel für eine ungünstige Körperhaltung: Die Abbildung 3 zeigt eine typisch falsche Körperhaltung, die in der Praxis sehr häufig anzutreffen ist. Ergonomisch richtiges Sitzen ist deshalb Voraussetzung für beschwerdefreies Arbeiten und wirkt der Ermüdung entgegen.

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Arbeitsplatzgestaltung (Das richtige Sitzen) Die Sitzposition soll öfters variiert werden – Stichwort: dynamisches Sitzen (Abbildungen 4a bis 4c). Besonderes Augenmerk ist auf die richtige Sitzhöhe zu legen. Hier gilt die Faustregel: Die „richtig“ eingestellte Sitzhöhe erkennt man daran, dass bei aufgestützten Füßen (auf dem Fußboden oder einer Fußstütze) die flache Hand zwischen Sitzfläche und Unterseite des Oberschenkels im Kniegelenksbereich Platz findet. Außerdem ist wichtig, dass die Lendenwirbelsäule durch die Rückenlehne abgestützt wird. Wenn Ober- und Unterschenkel einen Winkel von rund 90 Grad bilden, ist eine einwandfreie Sitzposition eingenommen. Auch die Ober- und Unterarme sollen beim Arbeiten einen Winkel von etwa 90 Grad bilden. Abb. 4c

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Arbeitsplatzgestaltung (Der richtige Blickwinkel) Untersuchungen zeigen, dass bei achtstündiger Bildschirmarbeit, die allein schon aus Gründen der Arbeitsqualität vermieden werden sollte, je nach Arbeitsaufgabe zwischen 12.000 und 33.000 Kopf- und Blickbewegungen und 4.000 bis 17.000 Pupillenreaktionen pro Arbeitstag geleistet werden.

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen Arbeitsplatzgestaltung (Die Raumeinteilung) Ist aus räumlichen Gegebenheiten die „ideale“ Aufstellung des Bildschirmgerätes nicht möglich, müssen durch andere geeignete Maßnahmen Blendwirkungen und Spiegelungen wie beispielsweise durch Drehen, Absenken oder Neigen des Bildschirmgerätes vermieden werden. Auch Jalousien an den Fenstern und Stellwände im Arbeitsraum sowie individuelle Änderungen der Beleuchtungseinrichtungen können zur Verbesserung beitragen.

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Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM Systemen

ENDE Grundaufbau und Komponenten von CAD/CAM-Systemen

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CAD/CAM - Schnittstellen Der Begriff Schnittstelle ist oft unklar. Im Allgemeinen: Verbindungsstelle zweier interagierender Systeme. Definition: "Eine Schnittstelle ist ein System von Bedingungen und Regeln, das den Informationsaustausch zweier miteinander kommunizierender Systeme oder Systemkomponenten festlegt." Beispiele:  menschliche Sprache (z.B. Deutsch, Englisch)  Schnittstelle zwischen Personen.  Programmiersprache  Schnittstelle zwischen Mensch und Rechner.  Modellierungskommandos  Schnittstelle zwischen Benutzer und CAD-System. CAD/CAM-Techniken

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CAD/CAM - Schnittstellen Generelle Arten von Schnittstellen Sprachschnittstellen  Kommunikation der Benutzer mit dem System  graphische Symbole, Menüs  graphische bzw. textuelle Sprachen  Bsp.: Fortran, Pascal, C Programmschnittstellen  Durchführung technischer Berechnungen, CAD-Modellierung, Programmierung von Werkzeugmaschinen  können Unterprogramme, Parameteroptionen einsetzen, um bestimmte CAD-Operationen durchzuführen  Bsp.: GKS (Graphical Kernel System). Standardschnittstelle um unterschiedliche CAD Hard- u. Software-Systeme mit einem Anwendungsprogramm zu betreiben

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CAD/CAM - Schnittstellen Generelle Arten von Schnittstellen Datenschnittstellen  Austausch von Modellen zwischen unterschiedlichen CAD-Systemen  Schnittstellen, die einen Datenaustausch zwischen den funktionalen Komponenten eines CAD-Systems ermöglichen.

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CAD/CAM - Schnittstellen Notwendigkeit von Schnittstellen I Modularität Gestalten der System-Komponenten weitgehend unabhängig voneinander. Diese Unabhängigkeit versucht man durch die Festlegung von Schnittstellen zu erreichen. Vorteile:    

Zusammenstellung einer anwendungsgerechten Konfiguration; Wahlmöglichkeit zwischen verschiedenen Komponenten; Austausch bzw. Erweiterung einzelner Komponenten; Erweiterbarkeit um neue Komponenten.

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CAD/CAM - Schnittstellen Notwendigkeit von Schnittstellen II Aufbereitung/Erweiterung Aufbau der CAD-System-Software  „Kerne“: branchenunabhängig  „Schalen“: branchenabhängig wirtschaftlicher Einsatz durch „Anpassung“ an spezielle Anwendungen (Aufbereitung von neuen Funktionen). Kopplung verschiedener CAD-Systeme CAD-Software mitunter für spezielle Anwendungen entwickelt (Insellösung). Beispiele: - Freiformflächen (Automobilbau) - FEM-Berechnungen Dadurch (in größeren Unternehmen) -> mehrere unterschiedliche CAD-Systeme.

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CAD/CAM - Schnittstellen Notwendigkeit von Schnittstellen III Realisierung von CAD/CAM-Konzepten Verminderung bzw. Vermeidung erneuter Dateneingaben. Weitergabe von Daten des Produktmodells bzw. anderer Modelle.

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

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CAD/CAM - Schnittstellen

ENDE CAD/CAM-Schnittstellen

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Technische CAD/CAM-Anwendungen

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Einmalige und laufende Kosten einer CAD/EDM Investition

Einmalige Kosten

Laufende Kosten

 Planungskosten

 Direkte Betriebskosten

 Systembeschaffungs-

 Indirekte Betriebskosten  Gemeinkosten

kosten  Installationskosten  Einsatzvorbereitungskosten  Einarbeitungskosten

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Einmalige Kosten einer CAD/EDM Investition  Planungskosten Kosten für die Konzepterarbeitung, für die Entscheidungsfindung und Systemauswahl .

 Systembeschaffungskosten Kosten für die Beschaffung der Hardware und der Software (Module, Datenbank, Schnittstellen), Customizing.

 Installationskosten entstehen aus der Vorbereitung der Räumlichkeiten, der HardwareInstallation, der Software-Implementierung und der Implementierung der Schnittstellen.

 Einsatzvorbereitungskosten beinhalten ein umfassendes Konzept für die Systemeingliederung, den Aufbau der Rechnerdatenbank und Personalqualifizierungsmaßnahmen, Personalausfallkosten.

 Einarbeitungskosten fallen aufgrund Minderleistungen in der Einarbeitungsphase an. CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Laufende Kosten einer CAD/EDM Investition  Direkte Betriebskosten entstehen durch die Nutzung des Systems wie Personalkosten und Kosten für Verbrauchsmaterialien.

 Indirekte Betriebskosten fallen für die Aufrechterhaltung und Weiterentwicklung des Systembetriebes an.(Kosten für die Bedienung und Betreuung der Anlage, Kosten für Weiterbildung und Opportunitätskosten (Systemausfall oder Fehler im System).

 Gemeinkosten bestehen aus den laufenden Kosten, die nicht als Einzelkosten erfassbar sind. Sie können daher den Betriebskosten nicht unmittelbar zugewiesen werden. Zu den Gemeinkosten zählen beispielsweise Ausgaben für Abschreibungen, Zinsen, Mieten, Versicherungen, Energie, Material und Wartungsverträge.

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Einsparungspotentiale durch CAD/EDM-Einsatz I (Zeit)



Reduzierung DLZ bei Neuentwicklungen /Änderungen 15-30%



Suche / Retrieval 15-20%



Verteilung von Informationen 20-30%



Parallelisierung von Abläufen 10-20%



Reduktion Iterationsschleifen 20-30%

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Einsparungspotentiale durch CAD/EDM-Einsatz II (Kosten) 

Reduzierung direkter Produktentstehungskosten 20-30 %



Vermeidung Folgekosten durch neue Sachnummern 1-2,5 %



Ertragssteigerung durch schnellere Produktanlaufzeiten 15-30% d. Ertrag



weitere Potentiale 

Verringerung Dokumenten-Altbestand ( Verwaltungskosten, Lager)



Verringerung von Sach- und Raummittelkosten



Vermeidung Reproduktionskosten

 Abnahme 

Papiervolumen

Personalreduktion CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Einsparungspotentiale durch CAD/EDM-Einsatz III (Qualität) 

Qualitätssteigerungen durch verringerte Redundanzen



Verbesserte Datenkonsistenz



Erhöhte Informations-Transparenz



weitere Potentiale 

gesteigertes Image



höhere Motivation der Mitarbeiter



Steigerung der Produktivität und Kreativität an den Arbeitsplätzen

 

besseres Berichtswesen

-> Steigerung der Produktqualität CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAD/NC-Technik

NC-Systeme haben die Aufgabe die NC-Steuerinformationen für die NC-Gesteuerten Maschinen bereitzustellen. Innerhalb der Fertigung existieren für die verschiedenen Aufgabenstellungen verschiedene rechnergesteuerte Maschinen. für die Bearbeitung (NC-Maschinen) für die Handhabung für die Kontrolle (Koordinatenmessmaschine) Zur Kopplung der NC-Gesteuerten Maschinen mit einem CAD-System gibt es vier grundlegend unterschiedliche Modelle. Die folgende Abbildung zeigt einen Überblick, über diese Modelle.

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAD/NC Kopplung

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAD/NC Kopplung Manuelle Programmerstellung (Modell 1) Ausgehend von einer technischen Zeichnung entwickelt der Programmierer manuell das NCFertigungsprogramm an der NC-Maschine (online), oder an einem von der NC-Maschine unabhängigen Eingabegerät (offline). Dabei muss vom Bediener der Bearbeitungsablauf geplant, die benötigten Werkzeuge bestimmt, die Schnittwerte ermittelt und mit diesen Informationen der NC-Programmcode erstellt werden.

WOP – Werkstattorientierte Programmierung (Modell 2) Hier können die Geometriedaten an einem Terminal an der Maschine eingegeben werden (online). Es werden dem Maschinenbediener Unterstützungsmöglichkeiten beim Programmieren angeboten. Dazu gehören beispielsweise die Planung der Werkzeugbahn über die Nutzung einfacher Grafik oder die Berechnung der Schnittgeschwindigkeit abhängig vom Durchmesser des Werkstücks. In WOP-Systemen werden des Weiteren einfache Bearbeitungszyklen angeboten. Zusätzlich besteht die Möglichkeit einer Simulation des Bearbeitungsablaufs am Bildschirm.

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAD/NC Kopplung Programmerstellung in der Arbeitsvorbereitung (Modell 3) Durch die Entwicklung im IT-Bereich gab es schon frühzeitig Bestrebungen, die Programmierung von Bearbeitungsprozessen in der Arbeitsvorbereitung zu integrieren. Hierbei verläuft die Entwicklung der NCBearbeitungsprogrammen unabhängig von der Arbeitsmaschine. Die reinen Geometriedaten können über neutrale Schnittstellen aus dem CAD-System in das NC-System übernommen werden. Im NC-System werden anschließend die Bearbeitungswege definiert. Die Wegeinformationen werden häufig in einem maschinenneutralen Format (APT, CLData) ausgegeben. Anschließend erfolgt die Konvertierung der Steuerinformationen für die Maschinensteuerung durch einen externen Post-Prozessor.

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAD/NC Kopplung Programmerstellung durch ein integriertes CAD/CAM.System (Model 4) Ein integriertes CAD/CAM-System enthält ein NC-Modul, dass ausgehend von CAD-Daten ein NCProgramm erstellt. Die Umsetzung der Daten aus dem NC-Modul in das erforderliche NCSteuerungsformat erfolgt durch Post-Prozessoren, die in das CAD-System integriert sind. Bei der NCProgrammausgabe für verschiedene Maschinen, beispielsweise bei unterschiedlichen Herstellern, ist für jeden Maschinentyp ein Post-Prozessor notwendig. Die meisten integrierten CAD/CAM-Systeme haben einen modularen Aufbau, das heißt die Gesamtstruktur besteht aus verschiedenen, aufgabenspezifischen Tools (Modulen). Hierzu gehören die klassischen Module innerhalb der CAD-Technik, wie etwa „mechanische Konstruktion“ oder „Analyse und Simulation“. Des Weiteren sind Elemente aus dem Bereich der Fertigung, wie z. B. die NCManufacturing-Module integriert. Das integrierte CAD/CAM-System besitzt den Vorteil keine externe Schnittstelle zu anderen Systemen zu benötigen. Damit wird theoretisch eine Übergabe von Daten ohne Informationsverlust erreicht. Eine durchgängige, assoziative Verbindung zwischen den Modulen erlaubt zudem eine schnelle Reaktion auf Veränderungen. In integrierten Systemen besteht allerdings noch erheblicher Optimierungsbedarf bei der Übergabe von Informationen aus dem CAD-Modul in das NC-Modul. Informationen die im CAD-Modell der Geometrie angefügt wurden, gehen bei der Übergabe zum NC-Modul teilweise verloren und müssen neu angegeben werden

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: PPS: CAD nach PPS: • Zeichnungsinfo für Baukastenstückliste (formale Ableitung aus der technischen Zeichnung) • Evtl. Umwandlung Konstruktionsstückliste in fertigungstechnisch orientierte Stückliste (Fertigungsfluss) • Ergänzung der Stücklisteninfo um DLZ, Lieferzeiten, Kosten, Lieferant, ... • Technische Zeichnungen (auftragsspezifisch) zur Anforderungskontrolle möglichst frühzeitig an Kunden • Kosteninfo (Stücklisten, Fertigungsverfahren, Zukaufteile) an Vertrieb PPS nach CAD: • fertigungsgerechte Konstruktion (Berücksichtigung der Fertigungsverfahren/Betriebsmittel und Kapazitätsinfo) • DLZ für zeitkritische Teile sowie Beschaffungszeiten Zukaufteile für einzusetzendes Fertigungsverfahren/Material/Make-or-buy• Entscheidungen wichtig, da Großteil der Produktionskosten in der Konstruktion festgelegt werden • Produktions- und Materialkosten der PPS für kundenindividuelle Konstruktion

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAQ (Aufgaben des Qualtitätsmanagement I): Def. Qualität: Gesamtheit von Eigenschaften und Merkmalen eines Produktes oder einer Tätigkeit, die sich auf deren Eignung zur Erfüllung gegebener Erfordernisse beziehen (DIN 55350, DIN-ISO 9001) - Erfüllung (Entsprechungsgrad) von Kundenwünschen (anwendungsbezogen)! - Betriebswirtschaftliche Sicht ergänzt bisherige technische Sicht (Toleranzen) Qualitätsmanagement: Gesamtheit aller organisatorischen und technischen Aktivitäten zur Erzielung der geforderten Qualität unter Berücksichtigung der Wirtschaftlichkeit (= Qualitätssicherung) Qualtitätsplanung: -Auswahl der Qualitäts/Prüfmerkmale und Festlegung ihrer geforderten und ihrer zulässigen Werte (Toleranzen) ( Regelung •QM bedient sich bzw. ist integriert in andere CIM Teilsysteme und bedarf der gesamten Infrastruktur •Unterstützung der ISO 900x als übergreifende Aufgabe

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAQ: Computer Aided Quality (Assurance)

•Einbindung/Kopplung in/mit CIM-Teilsystemen - Schnittstellen -> IGES, VDFS, CLDATA •Qualitätsplanung - Festlegung/Speicherung Qualitätsmerkmale und –Toleranzen Qualitätsfähigkeit der Konstruktion und Fertigung Prüfpläne -> Arbeitsgänge, Prüfmittel (CAP/CAD) - Prüfmittelplanung, -verwaltung und -überwachung (CAP) •Prüfausführung - Dynamische Prüfschärfensteuerung - Messen (Materialprüfung, Abmaße durch (ggf. integrierte) Messeinrichtungen (Messvorrichtungen, Wertgeber,Messwertumsetzer) (CAM (Prozess-LE), BDE/MDE) - Verwendungsentscheidung (Ausschuss oder Nachbearbeitung,PPS/CAM) - Automatisierung (CAM) • Prüfdatenauswertung - Prüfergebnisdokumentation (BDE/MDE) - Verwaltung, Verdichtung, Aufbereitung, Auswertung der Prüfergebnisse Statistical Process Controll - SPC (BDE/MIS/QIS) Fehler-Möglichkeits-Einfluss-Analyse (FMEA) - Lieferantenbewertung (Materialwirtschaft, Einkauf, PPS) - Call Center / Beschwerdemanagementsysteme / Vertriebsinformationssystem (VIS) ->Reklamationen - Audit-Unterstützung CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: FEM Finite-Element-Methode : Eine interaktive Methode zur Berechnung von physikalischer Struktur und Verhalten eines Objekts (komplexe Bauteilgeometrie). Dabei wird das Objekt in endlich große, mechanisch und mathematisch bestimmbare Elemente (Finite Elemente) zerlegt. Die Elemente sind untereinander an ihren Eckpunkten (Knotenpunkten) miteinander verkoppelt. Den Elementen werden Eigenschaften in Form von Parametern für die Analyse zugeordnet. Das Verhalten des Objekts unter Belastung wird durch schrittweise Übertragen der Zustandsgrößen über die Knoten durch Näherungsverfahren berechnet. FEM-Programmsysteme enthalten neben dem eigentlichen Berechnungsprogrammen auch Module, mit dem die Finiten Elemente für das zu berechnende Bauteil rechnerunterstützt erzeugt (mesh generator) und die Ergebnisse (die verformte Struktur) zusammen mit der Ausgangssituation graphisch dargestellt werden können. Diese Methode dient u.a. zur Analyse mechanischer Eigenschaften (Durchbiegung, Belastung, Spannungen u.ä.), zur Simulation von Strömungsverhalten und bestimmter Fertigungsverfahren, z.B. des Spritzgießens von Kunststoffen und Elastomeren.

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Technische CAD/CAM-Anwendungen CAx: CAP (Computer-Aided Planning): Rechnerunterstützte Arbeitsplanung. Im Gegensatz zu PPS-Systemen, die mit aktuellen Auftragsdaten arbeiten, wird bei CAP ein Prozess unabhängig von einem speziellen Auftrag, Terminen und Belegungsplänen der Werkzeugmaschinen durchgeplant, um die für die Fertigung eines Bauteils notwendigen Arbeitsschritte sowie ihren Zeit- und Maschinenbedarf zu ermitteln.

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Einblick in die Einsatzgebiete von CAD/CAM: CAD: • • • • • • • • • • • •

Produkt-Design Produkt-Entwicklung Produktionsentwicklung Produktfreigabe Technische Verwaltung Technische Dokumentation Forschung FEM Berechnungen DMU Bewegungssimulationen für Roboter und NC/CNC Bauteilberechnungen (Flächen,Volumen, Schwerpunkt,... ............... CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Einblick in die Einsatzgebiete von CAD/CAM: CAM Einsatzgebiete: • • • • • • • • • • •

Generierung eines NC/CNC Programms Generierung eines Roboterprogramms Werkzeugverwaltung Transportsteuerung Bereitstellung Instandhaltungsinformationen Lagersteuerung Fehleranalyse Produktdatenvisualisierung Fertigungsprozessdatenvisualisierung Schulungen ............

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Produkt-Design, Produktentwicklung und Datenverwaltung

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Technische CAD/CAM-Anwendungen FEM

CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Forschung

CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Produktionsplanung

CAD/CAM-Techniken

81

Technische CAD/CAM-Anwendungen

Technische-Dokomentation

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Technische CAD/CAM-Anwendungen

DMU

CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen

DMU

CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Generierung eines NC/CNC Programms Generierung eines Roboterprogramms

CAD/CAM-Techniken

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Fehleranalyse

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Technische CAD/CAM-Anwendungen Produktdatenvisualisierung

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Technische CAD/CAM-Anwendungen

ENDE Technische CAD/CAM-Anwendungen

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CAD - Techniken Aufgaben eines modernen CAD Systems :

Geometriedatenerstellung Extrudieren Runden Fasen Topologische Modellierung Attribute definieren Attribute dokumentieren ……………………..

Projektionen Lichtverhältnisse Perspektiven Texturen Zoomen Verschieben ………………

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MMI=Mensch-Maschine Interaktion GUI = Grafisches User Interface ……………

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CAD - Techniken Inhalt technischer Zeichnungen/2D CAD-Zeichnungen

Grafik 2D/3D Ansichten Schnitte Grundelemente Formelemente Schraffur

Geometrie Maßzahlen Maßpfeile Maßhilfslinien Tolleranzangaben Schnittangaben Ansichtsangaben

Technologie

Funktion

Organisation

Geometriebezogene Eigenschaften Formelemente (Fasen, Einstiche, …) Fertigungstechnische Angaben (schleifen, Honen) Montagetechnische Angaben (Greifrichtung,…) Prüftechnische Eigenschaften Qualitative Eigenschaften (Werkstoff, Härte, …)

Mechanisch Elektrisch Hydraulisch Pneumatisch

Sachbezogene Informationen Ident-Nummer Klassifizierung Benennung Änderung Positionsnummer Zeichnungsbezogene Angaben Zeichnungs-Nummer Bearbeiter Erstellungsdatum Maßstab

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Struktur Strukturelle assoziative Information bzgl. Grafischen, geometrischen oder technologischen Angaben

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2D-Modelle Ziel der 2D-Modelle ist es, die am Reißbrett durchgeführten Zeichnungstätigkeiten mit Lineal, Dreieck, Zirkeln etc. auf das Arbeiten mit dem grafischen Bildschirm zu übertragen. Es geht also um die Erstellung von Ansichten, Grundrissen, Lageplänen, Schnitten in gewählten Zeichnungsebenen. Im Unterschied zum Zeichenbrett arbeitet man jedoch im Maßstab 1:1. Die in der Praxis je nach Einsatzziel eingesetzten Maßstäbe M1:2000, M1:500, M1:200, M1:100, M1:50, M1:25, M1:10 werden dabei erst bei der Ausgabe der Zeichnungspläne erzeugt. 2D Modelle bzw. Zeichnungen dienen z.B. als: Zusammenbauzeichnung Einzelteilzeichnung Fertigungszeichnung

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CAD - Techniken 3D-Drahtmodelle 3D-Drahtmodelle Legt man der räumlichen Modellierung ein allgemeines räumliches Koordinatensystem zugrunde und modelliert man Kanten und Kurven als Drähte, entstehen dreidimensionale Kanten-, Draht- oder Skelettmodelle (wire frames). Es ergeben sich so – vergleichbar mit der Technik des manuellen Skizzierens eines Körpers mit einem Zeichenstift – räumliche Eindrücke. Nachteilig ist, dass bei komplizierten Verhältnissen schnell unübersichtliche Situationen entstehen, Flächen nicht direkt modelliert werden können und Sichtbarkeitsverhältnisse oft nicht eindeutig regelbar sind. Schnitte durch Kantenmodelle liefern zudem nur spärlich Informationen (Durchstoßungspunkte) für die Erstellung von Zeichnungsschnitten und erfordern ggf. aufwendige Nachbesserungen.

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CAD-Techniken Gestaltungsmehrdeutigkeit bei Drahtmodellen

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Regelflächen/ Grundflächen

Freiformflächen

Funktionen

Gerade Flächen, Zylinderflächen Kegelfläche, Torusfläche Kugelflächen, Ellipsoid, Hyperbolid, Parabolid

Spannen einer Fläche über Punkte Spannen einer Fläche über mehrere Profile Definition einer Fläche durch ihre Begrenzung Führen eines Profils entlang einer Führungslinie

Verrunden von Flächen Trimmen einer Fläche Verknüpfen von Flächen

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Volumenmodelle erlauben eine vollständige Volumenbeschreibung der geometrischen Objekte und kommen damit der Realität sehr nahe. Die zunehmende Leistungsfähigkeit unserer Rechner sorgt dabei dafür, dass 3D-Modellierungen immer schneller und qualitativ immer besser werden. In allgemeinen CAD-Systemen haben sich inzwischen zwei unterschiedliche Modellierungsvarianten entwickelt, die konkurrierend eingesetzt werden können.

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Grundkörper

Komplexkörper

Funktionen

Quader Zylinder Kegel Kugel Torus Extrusionskörper Rotationskörper Führungskörper (Sweep-Funktion) Profilkörper (Blend-Funktion) Verrundung Fase,…

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CAD - Techniken Erweiterte Funktionen eines CAD-Systems: Folie, Level, Schicht, Layer "Layer" werden oft als transparente Zeichenfolien beschrieben, da die Layertechnik eines CAD-Programms ähnlich der beim Technischen Zeichnen üblichen Folientechnik ist. Die Ebenentechnik dient zur Aufteilung eines komplexeren, grafischen Objektes (= Bauteil, Werkstück, Konstruktion) in mehrere Schichten zur besseren Verwaltung einzelner Grafikelemente. Auf diese Weise können z. B. Bauteilkonturen, das Maßbild, Texte, NC-Verfahrwege usw. organisatorisch getrennt werden. Durch das "Ein- und Ausschalten" von Layern können Teile der Zeichnung ein oder ausgeblendet werden. Einzelne Layer können durch „Sperren“ vor ungewollten Änderungen geschützt werden. In einigen CAD-Programmen können Layer in den einzelnen Ansichten unabhängig von einander verwaltet werden. Von Vorteil ist, wenn Layer über ihre Namen verwaltet werden und nicht über Nummern angesprochen werden müssen. Einige CAD-Programme erlauben die Bildung von Layer-Gruppen und -Hirarchien.

Attribute, nicht graphische Eigenschaften Mit der Zuweisung nicht-grafischer Attribute kann der Anwender für Elemente eines CAD-Modells (neben den rein geometrischen Informationen) zusätzliche - z. B. technologische und physikalische- Informationen definieren. Diese Informationen lassen sich dann zum Beispiel in einer Stückliste ausgeben oder dienen als Hinweis für der Konstruktion nachgeschaltete Abteilungen in einem Betrieb. Beispiel Der Anwender kann einem Bauteil oder einer Bauteilgruppe die Art des Materials zuweisen. Dieses Attribut kann dann zusammen mit dem berechneten Volumen des Teils als Ausgang für eine Gewichtsberechnung dienen.

Symbolbibliothek Eine Symbolbibliothek ist die systematische Sammlung aus Werks-Normen häufig benötigter Zeichenobjekte (Zellen, Blöcke, Symbole, Cliparts ...) in Graphik-Programmen. Eine Bibliothek kann folgende Formen von Symbolen enthalten: - Normteilgeometrien - Symbole in parametrisierter Form (Parameter werden bei der Verwendung durch konkrete Werte ersetzt) - Symbole mit Attributen (die bei der Verwendung vom Anwender eingegeben werden

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CAD - Techniken Erweiterte Funktionen eines CAD-Systems: Makros, Parametrierung Der Konstruktionsvorgang zur Erzeugung eines anwendungsspezifischen Konstruktionselementes Kann mit so genannten Makros erfolgen. Dabei wird die Erzeugung z.B. eines Komplexen Elementes einmal aufgezeichnet, als Makro gespeichert und danach beliebig oft genutzt werden. Dabei wird ein "Einfügepunkt" und ggf. noch eine Orientierung definiert, so daß das einmal aufgezeichnete Makro an beliebiger Stelle des Modells und in beliebiger Einbaurichtung eingefügt werden kann. Soll ein Makro parametrisiert werden, so muß die zugrunde liegende Makrosprache Möglichkeiten zur Definition von Variablen und Konstanten sowie zur Eingabe mathematischer Formeln bieten. Im einfachsten Fall können nur die Koordinaten von Modellobjekten durch Variable oder arithmetische Ausdrücke, die Variable verwenden, ausgedrückt werden. Z. B. könnte man eine Wand mit einem Fenster in der linken Hälfte durch zwei Parameter a und b parametrisieren. Die Fenstergröße sei a/4 x b/3, der linke untere Fußpunkt des Fensters (a/4, b/3). Zur Aufzeichnung eines Makros ist eine Makrosprache notwendig, die alle graphisch-interaktiven Konstruktionsvorgänge des Benutzers in einer sprachlichen Form festhält.

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CAD - Techniken Erweiterte Funktionen eines CAD-Systems: Fangfunktion, Snap: Sucht man in einer großen Zeichnung Elemente in der Nähe des Mauszeigers, so ist für die Geschwindigkeit des Suchvorganges ausschlaggebend ob eine Fangfunktion zur Verfügung steht. Die Fangfunktion sucht in einem definierten Radius (Fangradius) um den Mauszeiger Elemente, Punkte oder andere grafische Elemente, ohne dass diese beim Mausklick genau getroffen werden. Es gibt folgende grundlegende Objektfangpunkte (im 2D Bereich): · Endpunkt: die Anfangs- oder die Endkoordinate einer Linie. · Mittelpunkt: der Mittelpunkt einer Linie. · Schnittpunkt: die Koordinate, die den Schnittpunkt von zwei kreuzenden Linien bildet. · Zentrum: der Mittelpunkt eines Kreises oder Bogen. · Quadrant: der nächstgelegene Kreis- oder Bogenpunkt im Winkel 0O / 90O / 180O / 270O. · Lot: der Punkt eines Objektes, der von der aktuellen Koordinate aus am nächsten liegt – es wird von der aktuellen Koordinate aus das Lot auf das anvisierte Objekt gefällt. · Nächster: irgendeine Objektkoordinate, es wird die der Klickstelle übernommen.

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CAD - Techniken Erweiterte Funktionen eines CAD-Systems: Koordinatensysteme Für die exakte Eingabe von Koordinaten benötigt der Anwender als Bezugssystem ein kartesisches Koordinatensystem mit den drei Achsen X, Y und Z. Beim Arbeiten in einer 2D-Zeichnung genügt zur exakten Punkt-Definition die Eingabe der beiden kartesischen Koordinaten X und Y, im 3DModell müssen alle drei Koordinaten X, Y und Z eingegeben werden. In den meisten CAD-Programmen gibt es meist ein Koordinatensystem, auf das sich letztendlich sämtliche Angaben zu Lage und Abständen von Objekt-Koordinaten beziehen - das sog. Weltkoordinatensystem. (Bereits der Begriff verdeutlicht, dass dieses globale Koordinatensystem eine feste Bezugsgröße ist.) Es handelt sich dabei meist um ein kartesisches Koordinatensystem mit den drei aufeinander senkrecht stehenden Achsen X, Y und Z, die entsprechend der Recht-Hand-Regel orientiert sind. Es können jedoch auch andere kartesische Koordinatensysteme definiert werden, um eine möglichst bequeme Koordinatendefinition zu ermöglichen - die sog. BenutzerKoordinatensysteme. Die räumliche Ausrichtung und die Lage des Ursprungs dieser BenutzerKoordinatensysteme beziehen sich jedoch ebenfalls sämtlich auf das Weltkoordinatensystem. Einige CAD-Systeme bieten weiterhin die Möglichkeit von Polarkoordinatensystemen und Polaren Positionsangaben. Hierbei werden die Positionsangaben z.B. in Radius und Grad angegeben. Auch bei den Polarkoordinatensystemen kann man zwischen Welt- und Benutzersystemen unterscheiden Die Liste dieser erweiterten Funktionalitäten lässt sich beliebig weiterführen (Texturen, Schneiden, Skalieren, Extrudieren, Clonen, ….) und wächst mit der Weiterentwicklung der CAD-Systeme ständig an.

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Typische Arbeitsweise beim 3D-Modellieren 1: 2D-Kontur (Grundfläche) in einer Arbeitsebene erstellen

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Typische Arbeitsweise beim 3D-Modellieren 2: Extrudieren oder Rotieren, um ein Volumen- oder Flächenmodell zu erzeugen

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Typische Arbeitsweise beim 3D-Modellieren 3: Einbringen weiterer Formelemente z.B. Bohrungen, Taschen,…

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Typische Arbeitsweise beim 3D-Modellieren 4: Formelemente duplizieren Feingestaltungselemente anbringen (Fasen, Rundungen, Übergänge)

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Typische Arbeitsweise beim 3D-Modellieren 5: 2D-Darstellungen ableiten und bemaßen, beschriften,..

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