Gesamtübersicht Lernsituation 1 7

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1 Gesamtübersicht Lernsituationen 1-7 Gesamtübersicht Lernsituation 1 7 Einstieg in das Projekt 10 Gesamtübersicht Lernsituationen 1 7 Gesamtübersicht Lernsituationen 1 7 Beschreibung des Werkstücks. Erklärung der Funktion. Erklärung zur Anwendung. C-FHS Video Aufbau und Funktion des Werkstückanschlages Gesamtprojekt Verstellbarer Werkstückanschlag Zusammenstellungszeichnung mit Stückliste Besprechen der Zusammen stellungszeichung. Verbindung zwischen 3D-Grafik und technischer Zeichnung. Heranführen an das Projekt. Nützliches, universel verwendbares Werkstück mit vielfältigen Möglichkeiten der Bearbeitung. Besprechen von Alternativen zum Werkstück und deren Vor- und Nachteile.

2 Einstieg in das Projekt Übersicht Lernsituationen Erklärungen zu den Einzelteilen Erklärung zur Aufteilung in den verschiedenen Lernsitua tionen. 5 Pos-Nr. Menge Benennung Lernsituation 1 2 Fuß Seitenteil Nadelhalterung A Nadelhalterung B Alle Fertigungszeichnungen und Arbeitsblätter können aus der Knowlege Base der VDW-Nachwuchsstiftung ( in Gebrauchsgröße heruntergeladen werden. 5 1 Anschlagnadel Bolzen mit Senkung Bolzen mit Gewinde Zylinderschraube ISO M8 x Senkschraube ISO M5 x 30 - Schüler sollen die Teile benennen. Besprechen der Bearbeitungen in den jeweiligen Lernsituationen anhand der Einzelteilzeichnungen.

3 Gesamtübersicht Lernsituationen 1-7 Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler kennen das Gesamtprojekt und den Aufgabenumfang. Sie benennen die Einzelteile und beschreiben die Funktion des Werkstückanschlags. Lösung spalte der Schüler Anwendungsbeispiele Funktionsweise Unterschiede der Nadelhalterung 3 und 4 Zapfen, Kreistasche. Unterschiede der Bolzen 5 und 6 Senkung, Gewinde. Alternative Vorgehensweisen Alternative Herstellung der Werkstücke mit konventionellen Werkzeugmaschinen. Wirtschaftlichkeitsbe trachtung. B-FHL Referenznummer Lehrerheft Zusatzinformationen Zeichnungen der Einzelteile Knowledge-Base, gemeinsamer Aufruf CNC-Arena, gemeinsamer Aufruf Aufruf aller Lernsituationen und Erklärung der Einzelteilzeichungen. Beispiele/Übungen/Reflexion

4 Didaktische Vorgehensweise für den Unterricht. Durchspielen des Gesamtszenarios Vorgehen an einem konkreten Bauteil des Nadelhalters, jedoch nur global. 03 Hinweis auf Einrichteblatt. 04 Besprechen der Teile qualität. 12 Gesamtübersicht Lernsituationen 1 7 Gesamtszenario In Ihrem Betrieb soll die Baugruppe Verstellbarer Werkstückanschlag in größerer Stückzahl gefertigt werden. Sie haben den Auftrag, alle notwendigen Fertigungsvorbereitungen zu treffen, alle benötigten Unterlagen Vorgehensweise 1. Problemanalyse Zusammenbauzeichnung lesen Funktion der Baugruppe verstehen und beschreiben Problem und Lösungsweg verbalisieren Ziele festlegen 2. Planung der Lösung Informationsmaterial bereitstellen Arbeitsorganisation festlegen (Sozialform, Arbeitsregeln, Arbeitszeit, Verantwortlichkeiten) Gesamtablauf der Lernsituation planen 3. Lösung ausarbeiten und vorstellen Informationsbeschaffung Welche Spannmöglichkeiten gibt es? Welche Werkzeuge werden benötigt? Wie ist ein CNC-Programm aufgebaut? Welche Befehle werden benötigt? HEIDENHAIN Klartext-Programmie- rung Entscheidung für eine Spannmöglichkeit Auswahl der Werkzeuge und Bestimmung der Technologie Erstellung des Arbeitsplans Beschreibung des Arbeitsablaufs an der Maschine Erstellen der CNC-Programme Vorbereiten der Fertigung und Dokumentation auf einem Einrichteblatt Fertigung der Einzelteile an der Maschine Gesamtlösung präsentieren 4. Lösungen bewerten Bewertung der Teilequalität Bewertung der Fertigungsstrategie Bewertung der Vorgehensweise Problem und Lösungsweg verbalisieren 5. Vorgehen reflektieren Beurteilung des fachlichen Lernfortschrittes Beurteilung des methodischen Vorgehens Handlungsrahmen Handlungsablauf anzufertigen, die CNC-Programme zu erstellen und zu simulieren sowie die Vorfertigung durchzuführen. Die Frästeile werden auf einer Fräsmaschine mit der HEIDENHAIN Steuerung itnc530 nach Vorgaben gefertigt. Handlungsergebnis Fertigungsablauf Arbeit am PC CNC-Programm für das jeweilige Teil Simulation am PC Simulation an der Maschine Bei vorhandener Maschine Fertigung an der Maschine Qualitätskontrolle Montage der Baugruppe Didaktischer Kreis Handlungsphase 1: Problembeschreibung, Problemanalyse, Zielbeschreibung Handlungsphase 5: Präsentation. Reflektion, Beurteilung/Bewertung Dokumentation Handlungsphase 2: Planung und Erarbeitung von Lösungs schritten Handlungsphase 4: Ausführung nach der geplanten Vorgehensweise Handlungsphase 3: Entscheidung für eine bestimmte Vorgehensweise

5 Gesamtübersicht Lernsituationen 1-7 Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler kennen die Zerlegung der Gesamtaufgabe in Teilaufgaben bzw. Lernsituationen und die globale Vorgehensweise (Punkte 1-5) in den einzelnen Lernsituationen. Lösung spalte der Schüler Vorgehensweise ist für jede Lernsituation gültig. Alternative Vorgehensweisen Von einfachem Drauflosarbeiten abraten. Zusatzinformationen Beispielhafte Arbeitspläne Andere Zusammenbauzeichnungen Zeichnungen aus dem Arbeitsumfeld der Schüler Hauptzeitberechnung Spannmöglichkeiten Literaturverweis Aufbau eines CNC- Programms Beipielhaftes Einrichteblatt Formular aus der Qualitätskontrolle Beispiel einer Simualtion Beispiele/Übungen/Reflexion Üben der Vorgehensweise an einem ähnlichen Auftrag. Abschätzen der Anforderungen an die Herstellung und Programmierung.

6 1 Lernsituation Fertigen der Nadelhalterung A (Pos. 3) in erster Aufspannung

7 32 1 Grundlagen der CNC-Programmierung Koordinatensystem an der CNC- Maschine Lernsituation 1 C-FHL Info Abbildung Maschinentisch Hinweis auf komplexere Achs systeme bei Werkzeugmaschinen. Das rechtwink lige Koordinatensytem ist Grundlage für Arbeiten an CNC- Werkzeugmaschinen. 1.3 Koordinatensystem an CNC-Maschinen Erarbeiten Sie sich die nachfolgenden Informationen zum kartesischen Koordinatensystem. Prägen Sie sich die hinzukommende Z-Ebene ein. Maschine CNC-gesteuerte Maschinen bearbeiten Werkstücke automatisch, wenn das dazu notwendige Programm in ihre Steuerung eingegeben wurde. Die Punkte, die das Werkzeug während der Bearbeitung anfahren soll, müssen im Programm angegeben sein. Um die Lage dieser Punkte zu beschreiben, wird ein kartesisches Koordinatensystem verwendet, das im Arbeitsraum der Maschine liegt. Mit Hilfe dieses Koordinatensystems ist es möglich, die Lage der Punkte im Raum oder auf einem Werkstück einfach und schnell anzugeben. Achsen Ein kartesisches Koordinatensystem besteht aus 2 oder 3 Achsen, die sich in einem Punkt schneiden. Der Schnittpunkt der Achsen wird Nullpunkt des Koordinatensystems genannt. In einem rechtwinkligen (kartesischen) Koordinatensystem stehen die Achsen senkrecht aufeinander (= rechter Winkel, siehe Bild) und werden mit den Buchstaben X, Y und Z bezeichnet. Der Pfeil gibt die positive (+) Achsenrichtung an. Kartesisches Koordinatensystem Rechte Winkel C-FHS Video Maschinenkoordinatensystem C-FHS Info elearning HEIDENHAIN 1 19 Grundlagen der CNC-Programmierung Zu Achsen Hinweise zu Drehrichtungen um die Achsen. (Wird benötigt für 5-Achs- Bearbeitung) Funktion einer 5-Achs-Maschine beschreiben. 6 Freiheitsgrade in der Mechanik. Kartesisches Koordinatensystem Rechte Winkel Zu Maschine Wichtig für die Program mierung ist die relative Werkzeug bewegung (Spindel), unabhängig davon, ob sich der Maschinentisch oder die Spindel bewegt.

8 Lernsituation 1 Kapitel 2 Vorgehensweise beim Programmieren Vorgehensweise beim Programmieren Kapitel 2 Lernsituation 1 Vorgehensweise beim Programmieren 2 35 Gleiches sy - ste mati sches Vor gehen für alle Werkstücke, egal wie komplex. Ausführliche Beschreibung der einzelnen Schritte in Lernsituation 1. Lern situation durchblättern und auf die einzelnen Schritte hinweisen. 2.1 Grundsätzliche Vorgehensweise Erstellen Sie ein CNC-Programm zur Fertigung der Pos. 3 in erster Aufspannung. Nutzen Sie hierfür die nachfolgend beschriebenen sieben Schritte der grundsätzlichen Vorgehensweise beim Programmieren. 1. Schritt: Werkstücknullpunkt wählen und festlegen (abhängig von der Werkstückform) 2. Schritt: Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen. 3. Schritt: Arbeitsablaufplan erstellen Verfahrwege festlegen Werkzeuge bestimmen Spindeldrehzahl bestimmen Vorschübe bestimmen 4. Schritt: Programm schreiben, d. h. Übersetzung der Arbeitsschritte in die Programmiersprache Programmeingabe in den PC bzw. in die Steuerung an der Maschine 5. Schritt: Programm testen bzw. kontrollieren Grafische Simulation Testlauf, Grafik Fehlerüberprüfung Optimierung 6. Schritt: Abarbeiten des Programms an der Werkzeugmaschine ggf. Programmübertragung Einrichten, Einrichteblatt erstellen Werkzeuge bereitstellen und verrechnen Nullpunkt setzen Programmoptimierung 7. Schritt: Dokumentation des Programms und aller Fertigungsunterlagen Archivierung auf Datenträger C-FHS Vorgehensweise beim Programmieren 2 21 Vorgehensweise beim Programmieren Vorgehensweise beim Programmieren 03 Vor Arbeitsbeginn müssen alle Daten, die erforderlich sind, das Werkstück zu fertigen, in die Steuerung eingegeben werden. Daher ist es erforderlich, vor der eigentlichen Programmierung einen genauen Arbeitsablaufplan zu erstellen. Hierbei wird die Bearbeitungsaufgabe in einzelne Arbeitsablaufschritte zerlegt und dann in die Programmiersprache übersetzt. Die Gesamtheit aller Arbeitsschritte zur Erstellung eines CNC-Programms lässt sich in der gezeigten systematische Vorgehensweise gliedern.

9 36 2 Vorgehensweise beim Programmieren Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler haben die Vorgehensweise beim Programmieren als grundlegende systematische Vorgehensweise zur Erstellung und Abarbeitung von CNC-Programmen verinnerlicht. Lösung spalte der Schüler Schritte werden in Lernsituation 1 ausführlich beschrieben. Alternative Vorgehensweisen Zusatzinformationen Beispielprogramm zeigen. Unterschiedlich Programmbeispiele verschiedener Steuerungen zeigen. Simulation zeigen, für vorhandene oder ander Werkstücke. Beispiele/Übungen/Reflexion

10 Lernsituation 1 Lernsituation 1 Mit dieser Übung wird der Unterschied zwischen absoluter und inkrementaler Programmierung erarbeitet. Bestimmen Sie die Koordinaten der angegebenen Punkte der beiden Werkstückbeispiele und tragen Sie diese dann absolut und als inkrementale Kette von Punkt zu Punkt in die Koordinatentabelle ein. Legen Sie zunächst wieder einen sinnvollen Werkstücknullpunkt an. Punkt P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 absolut inkremental X Y X Y Führungsplatte 4 27 Koordinaten bestimmen 4 43 AKoordinaten bestimmen Bei der inkrementalen Programmierung ist der Koordinatenendpunkt des zuvor programmierten Elementes der Ursprung für die nächste Koordinateneingabe. Punkt P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 absolut inkremental X Y X Y Schleiflehre C-FHS Übung Koordinatenbestimmung

11 44 4 Koordinaten bestimmen 28 4 Koordinaten bestimmen CNC-gerechte Bemaßung wird normgerecht als steigende Bemaßung bezeichnet. C-FHS Übung: Bemaßen Übungen Diese Übung dient der norm- und CNC-gerechten Bemaßung von Werkstücken. Bemaßen Sie die Zeichnung einmal normgerecht und einmal CNC-gerecht. Nutzen Sie hierfür die in der Knowlege Base in DIN A4-Größe hinterlegte Zeichnung Übung: Bemaßen. Regeln für die steigende Bemaßung ausführlich an einem anderen Beispiel erläutern. Bestimmen Sie alle notwendigen Koordinaten für die Fertigung der Nut des Nadelhalters und notieren Sie die Ergebnisse. Tabellenbuch Zu Bemaßung Definition siehe Tabellenbuch, Hoischen.

12 Lernsituation 1 Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler bestimmen alle fertigungstechnisch relevanten Koordinaten aus einer Fertigungszeichung und unterscheiden dabei zwischen absoluter und CNCgerechter Bemaßung. Sie erstellen Koordinatentabellen für absolute und inkrementale Programmierung. Lösung Lösung zu den Übungsbeispielen Zeichnung mit maßangaben, Koordinatentabelle Maßtabelle B-FHL Lösung 4 45 AKoordinaten bestimmen Nullpunkt, Koordinatentabelle für Nadelhalter spalte der Schüler DIN-Norm für Bemaßungsregeln Definition und Unterschied absolut und inkrementale Koordinatenangabe Alternative Vorgehensweisen Bemaßung mit Koordinatenbemaßung. Zusatzinformationen Beispiele/Übungen/Reflexion

13 48 5 Arbeitsablaufplan erstellen Arbeitsablaufplan Lernsituation Arbeitsablaufplan Material besprechen. Werkzeugreihenfolge für die geplante Anwendung besprechen. Erstellen Sie Ihren Arbeitsablaufplan unter Zuhilfenahme des Arbeitsblattes 3 aus der Knowledge Base. Arbeitsablaufplan Lernsituation Benennung Einzelteil: Nr.: Beschreibung der Arbeitsschritte Name: Datum: Klasse: Zeichnungsn.: Blatt: von: Werkzeug Nr.: Bemerkungen, Bewegung, Koordinaten, etc. C-FHS Info Vorlage Arbeitsablaufplan 5 31 Arbeitsablaufplan erstellen 03 Arbeitsschritte verbal formulieren. Werkzeugplan Werkzg.- Bezeichnung: Werkzeugko rrektur: folge: Länge Radius Drehzahl: s Schnittgeschw.: v Vorschub: F Übungen Ermitteln Sie n und v f mit Hilfe Ihrer Schnittwertetabelle für verschiedene Fräserdurchmesser (3/4). Bitte Lösungen für den Nadelhalter eintragen für v f, n und d: C-FHL Lösung Arbeitsablaufplan 04 Der Arbeitsablaufplan beschreibt den Fertigungsablauf an der Werkzeugmaschine mit allen Bewegungen in verbaler Form. Er ist damit Steuerungsneutral und dient als Grundlage für die steuerungsspezifische Programmierung.

14 Lernsituation 1 Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die notwendigen Technologiedaten zur Fertigung der Nadelhalterung (erste Aufspannung) auf der Grundlage der Werkzeugauswahl, des Werkstoffes und der Bearbeitungsart. SIe nutzen zur Technologiebestimmung auch rechnergestützte Hilfsmittel. (Schnittdatenrechner). Lösung Arbeitsablaufplan Knowledge Base 5 49 Arbeitsablaufplan ertellen spalte der Schüler Drehzahldiagramm aus Tabellen buch, Seitenzahl, Links zu Schnittdatenrechner Alternative Vorgehensweisen Schnittdatenrechner aus Internet Schnittdatenrechner der Steuerung Zusatzinformationen Video HSC Lösungsblatt Schnittdatenrecher B-FHL Lösung Beispiele/Übungen/Reflexion

15 68 6 Programmierung Rohteil - definition Lernsituation 1 Vierter Schritt der systematischen Vorgehensweise beim Programmieren. 6.5 Rohteildefinition (BLK-Form) 4. Schritt: Programm schreiben. Für die grafische Darstellung eines CNC-Programms definieren Sie ein Rohteil. Hierzu geben Sie die Lage des Rohteils in Bezug auf das Werkstückkoordinatensystem und seine Abmessungen an. Zur Bestimmung der Lage des Rohteils in Bezug auf das Koordinatensystem muss die Koordinate (meistens Z, s. Abb.) angegeben werden, die parallel zur Spindelachse verläuft Programmierung Die Eingabemaske der Rohteildefinition wird automatisch geöffnet wenn ein neues Programm angelegt wird. Betätigen Sie die Spindelachse Z mit der Enter-Taste. Im nächsten Schritt werden die Roh teilabmessungen angegeben. Dazu programmieren Sie die Koordinaten der Eckpunkte (MIN und MAX, siehe Abbildung) eines Quaders. Die Steuerung berechnet aus der Raumdiagonalen die Form des Quaders und stellt diesen in der Simulation dar. Werkzeugachse MAX: Größte Koordinaten MIN: Kleinste Koordinaten C-FHL Info Abbildung Rohteildefinition 03 Minimalen und maximalen Eckpunkt des Rohteils ausführlich erklären. Die Eingabe oder die Änderung eines NC-Satzes sollte immer mit der Taste END of BLOCK verlassen oder abgeschlossen werden. 04 Die Steuerung errechnet sich aus den Angaben der diagonal liegenden Eckpunkten den Rohteilquader.