Am Anfang ist das Teil

In der CAD-/CAM-Technik ist zunehmend von „feature-basierender Programmierung“ die Rede. Ralph Müller von der Firma Pascam erläutert an Hand der Software Woodworks, worum es dabei geht und welche Vorteile dieses Prinzip mit sich bringt. Als Konstruktionsbeispiel dient ein Türblatt.

WoodWorks ist zunächst einmal ein 3-D-CAD-System für das holzverarbeitende Gewerbe auf der Basis des CAD-Kerns Solid-Works. Es beinhaltet darüber hinaus ein umfassendes CAM-System für die CNC-Anbindung. Dabei bedient es sich der sog. „Featuretechnologie“ (siehe Kasten).

Alle modernen Feature-Modellierer gehen davon aus, dass es Grundteile gibt. Dies können Plattenteile wie Korpusseiten, -böden oder Rahmenteile sein, aber auch komplette Korpusse oder Türen. Grundteile können im Verlauf der Konstruktion zu größeren Baugruppen zusammengebaut werden. Es kann sich dabei um Zukaufteile, aber auch um Eigenkonstruktionen handeln.
Für eine schnelle, flexible und fehlerfreie Variantenkonstruktion müssen sich diese Grundteile auf einfache Weise maßlich verändern lassen. Grundlage dafür ist die Parametrik aller Bauteile. Als Parametrik bezeichnet man die strukturell zugrunde liegende dynamische Beziehung aller Elemente.
Durch die parametrische Konstruktion von Bauteilen mithilfe eines Variablen-Managers bietet Pascam-WoodWorks ein Maximum an maßlicher Variabilität bei der Konstruktion von Einzelstücken oder Kleinserien. Der Nutzer kann sehr schnell ein 3-D-Modell quasi von außen nach innen neu konstruieren; d. h. durch die simple Änderung der Außenmaße einer Baugruppe werden bei allen relevanten Teilmaßen und deren Bearbeitungsfeatures (Glasfalze, Bohrreihen etc.) diese Maßänderungen parametrisch nachvollzogen. So lassen sich spezielle Kundenwünsche in kürzester Zeit konstruieren und fertigen. Bezüge in der Teilkonstruktion (Rechtwinkligkeit, Tangentialität, Konzentrizität usw.) können auch dann verwendet werden, wenn in der Konstruktion Kreisbögen enthalten sind. Im Hinblick auf die Realisierung anspruchsvoller Kundenwünsche ist dies ein wesentlicher Vorteil.
Geometrie-Features anlegen
Hier soll die fertigungsorientierte Konstruktionsweise anhand einer Plattentüre aufzeigt werden. Ausgangspunkt ist hierbei ein Grundkörper, der mittels einer 2-D- Grundskizze und einer Austragung erzeugt wird:
Der Grundkörper Man wählt zunächst eine Grundebene für die 2-D-Skizze des Grundrisses aus. In dieser 2-D-Skizze stehen Standard-Zeichnungsfunktionen wie Linien, Kreisbögen, Splines etc. zur Verfügung. Diese Elemente können in Beziehung zueinander gebracht werden, wie z. B. senkrecht aufeinander, Kreisbögen tangentiell zu anderen Kreisbögen, etc. Entscheidend ist hierbei, dass diese Informationen vom System gespeichert werden und bei Änderungen wieder angewandt werden. Die Skizze wird nun mit Maßen versehen. Aufbauend auf dieser Skizze wird dann ein 3-D-Volumen mittels eines linearen Austragungsfeatures erstellt.
Zur raschen Korrektur kann jederzeit in die Skizze gewechselt werden, um Änderungen vorzunehmen. Durch die dynamische 2-D-/3-D-Verbindung wird nach dem Schließen des Skizzeneditiermodus automatisch das 3-D-Volumen korrekt wieder aufgebaut. Mithilfe des Variablenmanagers können die Maße höchst übersichtlich mit anschaulichen Namen, eindeutigen Werten und Gleichungen (Beziehungen zwischen maßlichen Werten) angegeben werden. Das Modell wird hierbei automatisch auf den aktuellen Stand gebracht. Einmal konstruierte Grundteile lassen sich als Vorlage oder Anfangsmodelle abspeichern und bei der Konstruktion anderer Modelle wiederverwenden. Auf dieselbe Weise lassen sich Teile für die Möbelkonstruktion erstellen.
Fälze, Nuten, Bohrungen Um das Modell weiter zu detaillieren, werden nun nacheinander die einzelnen Fertigungsschritte auf das Modell angewandt. Daraus resultierend wird die entsprechende Geometrie erzeugt und werden evtl. weitere Daten für spätere Prozesse im Hintergrund generiert. An der Türe wird z. B. der Falz angebracht. Im Möbelbau wäre eine Rückwandnut oder eine Lochreihe eine vergleichbare Bearbeitung.
Betriebsspezifische Features Solche Features können vom Anwender frei definiert werden und zu komplexen, betriebsspezifischen Features zusammengebaut und abgespeichert werden. Diese sind dann selbstständig verwendbar und beinhalten eine eigene Intelligenz, die noch über das in ihnen abgelegte, betriebsspezifische Fertigungswissen hinausgeht.
So kann z. B. ein komplettes Türschloss mit Drücker und Zylinderbohrung, das einmal parametrisch konstruiert wurde, abgespeichert und dann als Vorlage bei weiteren Konstruktionen immer wieder verwendet und gegebenenfalls neu parametrisiert werden.
Durch den Menüpunkt „Modifikationen/Bearbeitungen“ lassen sich z. B. auch CAM-Daten (Technologie und Geometrie) vollautomatisch mit übernehmen. Etwaige Parameteränderungen im Modell wirken sich ebenso direkt auf die CAM-Daten aus. Durch die freie Konstruktion von Modifikationen/Bearbeitungen bietet sich dem Anwender ein enormes Potenzial zur Entwicklung betrieblicher Standards sowie zur Rationalisierung.
Die Integration weiterer Daten
Fertigungsfeatures Ein modernes CAD ist heute mehr als ein statischer Geometrie-Erzeuger. Vielmehr bietet es die Möglichkeit, ein Modell der Realität auch hinsichtlich seiner Fertigungsabläufe zu erzeugen. Fertigungsfeatures definieren die fertigungstechnologische Sichtweise eines 3-D-Modells. Beispielsweise steht uns für das Fälzen der Türe das Fräsen auf einer CNC-Maschine zur Verfügung. Entscheidend hierbei ist, dass die Definition der Fertigungstechnologie in SolidWorks in einem Modell und derselben Datei erfolgt. Datenkonsistenz ist daher immer gewährleistet.
Geometrie- und Fertigungsfeatures koppeln Um geometrische Änderungen sofort in der Fertigung umzusetzen wird das Geometriefeature im Modell dem Fertigungsfeature dynamisch zugeordnet. In unserem Beispiel des Falzes verwenden wir einfach die Bahnskizze der Falzaustragung der Geometrie als Fräsbahn. Die Frästiefe und -höhe beziehen wir mittels der Parametersteuerung aus den Geometriemaßen.
Durch den Einsatz moderner Postprocessing-Verfahren z. B. durch die Fa. GTR, Aalen, ist auch die Technologieanpassung in Pascam-WoodWorks voll automatisierbar. Dieses System beherrscht z. B. die automatische Vorschubänderung mittels Technologiedatenbanken. Alternativ stehen ein WoodWOP-Postprozessor oder eine AlphaCAM-Anbindung zur Verfügung.
Mittels der Fertigungsfeatures ist die CNC-Datenerzeugung voll automatisierbar. Da sich Geometrieänderungen sofort auf die Fertigungsfeatures durchschlagen, sind damit die CNC-Daten immer auf dem neuesten Stand. Die Fertigungsfeatures orientieren sich an den Fertigungstechnologien wie Bohren, Fräsen, Sägen, Kantenanleimen und -finish etc. Der Fertigungsablauf kann separat in einem Fertigungsbaum geändert werden. Für die CNC-Anbindung wird das CAM-Modul Pascam-Bea verwendet. Es arbeitet in SolidWorks und mit Pascam- WoodWorks eng zusammen.
Ableiten von Daten
Zeichnungen Für die Fertigung sind vielerorts noch immer 2-D-Papierzeichnungen notwendig. 2-D-Zeichnungsdaten mit Schnitten, Detailansichten und verschiedenen Maßstäben sind eigentlich nichts anderes als eine mathematische Transformation aus dem 3-D-Modell. Dennoch können moderne Feature-Modellierer auch Maß-Änderungen vom 2-D-Modell auf das 3-D-Modell übertragen. Der Maßstab kann automatisch bestimmt oder individuell angegeben werden. Schnittansichten werden z. B. durch einfaches Zeichnen einer Schnittlinie und der Richtungsangabe erstellt. Die Ansichten können zueinander ausgerichtet werden. Detailansichten werden durch das Zeichnen eines Detailkreises realisiert.
Stücklisten Aufbauend auf der Grunddefinition von Teilen kann eine Holzliste vollautomatisch erstellt werden und mittels MS Excel in fast jedes beliebige weitere Format umgewandelt werden. Da mithilfe der Feature-Technologie die Fertigung nachgebildet werden kann, können diese Informationen zur Bestimmung der Bearbeitungsfolge in der realen Fertigung verwendet werden. Diese Informationen werden neutral als XML-Daten zur Verfügung gestellt und stehen somit weiteren, umfangreichen Möglichkeiten der Optimierung bezüglich Automatisierung und Rationalisierung zur Verfügung. Ralph Müller

Der Autor
Ralph Müller ist Geschäftsführer der Fa. Pascam, Kirchheim, die das feature- basierende 3-D-CAD-System Woodworks entwickelt hat. www.pascam-woodworks.de

Featuretechnologie
Die Eigenschaften eines Bauteils oder einer Baugruppe werden als Features bezeichnet. Man unterscheidet grob Geometriefeatures, die z. B die Abmessungen eines Teils beschreiben, und Fertigungsfeatures, mit deren Hilfe Bearbeitungsschritte, Werkzeuge usw. definiert werden. Die Featuretechnologie erzeugt „intelligente“ Bauteile, die alle für die Fertigung notwendigen Daten enthalten und maßlich variabel (= parametrisch) sind.