Vorlesung: Werkzeugmaschinen/NC

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1 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Fakultät Maschinenbau Prof. Dr. W. Rößner Vorlesungsmanuskript Werkzeugmaschinen/NC Vorlesung: Werkzeugmaschinen/NC Prof. Dr. Willi Rößner Werkzeugmaschine für die Laser- und Stanzbearbeitung von Blechwerkstücken (Fa. TRUMPF) Schrifttum: 1. Weck, M.: Werkzeugmaschinen, Band 1...4, VDI- Verlag 2. Tschätsch, H.: Werkzeugmaschinen, 7 Auflage, Hanser Verlag München, ISBN Conrad, C-J.: Taschenbuch der Werkzeugmaschinen, Fachbuchverlag Leipzig, ISBN Schmid, D.: CIM, Lehrbuch zur Automatisierung der Fertigung, 1. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Hann-Gruiten, ISBN Nist, G.: Steuern und Regeln im Maschinenbau, 9. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Hann-Gruiten 6. Handbuch der Metallbearbeitung, 2. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, 7. Fachkunde Metall, 53. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Hann-Gruiten, SBN Tabellenbuch Metall, 41. Auflage, Verlag Europa Lehrmittel, Hann-Gruiten, ISBN Anmerkung: Das vorliegende Manuskript soll den Schreib- und Zeichenaufwand während der Vorlesung reduzieren. Der Inhalt bedarf einer weiteren Vertiefung in der Vorlesung. Das Skript für sich allein ist weder als Vorlesungsersatz noch als Mittel für die Prüfungsvorbereitung gedacht.

2 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 2 Prof. Dr. Rößner Inhalt: 1 Einführung Definitionen und Einteilung von Werkzeugmaschinen Wirtschaftliche Bedeutung des Werkzeugmaschinenbaus Fertigungsverfahren und Abgrenzung der Werkzeugmaschinen System Werkzeugmaschine Arbeitssystem Kinematiksystem Werkzeugsystem Werkstücksystem Werkzeughandhabungssystem Werkstückhandhabungssystem Werkzeugmess- und überwachungssystem Werkstückmess- und überwachungssystem Diagnose- und Prozessüberwachungssystem Steuerungen und Antriebe Allgemeiner Funktionsumfang CNC- Steuerungen Zusammenwirken von CNC, Antrieben und Wegmessystemen Lageregelung und Wegmessung Fallbeispiel: Werkzeugschleifmaschine Genauigkeit und Abnahme von Werkzeugmaschinen Automatisierung von Werkzeugmaschinen Überblick und Beispiele Fallbeispiel Fertigungskonzeption (Prüfung WS 99/00) Fertigungskonzepte Arbeitsgangzuordnung (Einmaschinen- Mehrmaschinenkonzepte) Fallbeispiel Drehmaschine CNC- Programmierkurs (PAL) Übersicht CNC - Programmierung (DIN 66025) Werkstückkoodinaten und Werkstücknullpunkt Maschinenkoordinaten und Maschinennullpunkt Wegbedingungen G00, G01, G02, G Absolut- und Relativprogrammierung Nullpunktverschiebung NPV Werkzeugkorrektur S, F, M- Anweisungen Zyklen Unterprogrammtechnik Praktikumsaufgaben (PAL) Fräsen Drehen Drehen mit Mastercam X Fräsen mit Mastercam X

3 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 3 Prof. Dr. Rößner 1 Einführung Werkzeugmaschinen dienen zum Herstellen von Maschinen, Vorrichtungen und Geräten aller Art. Überwiegend Bearbeitung von Metallen, jedoch auch Holz, Kunst- und Sonderwerkstoffe 1.1 Definitionen und Einteilung von Werkzeugmaschinen Definition Eine Werkzeugmaschine ist eine Arbeitsmaschine, die ein Werkzeug am Werkstück unter gegenseitiger Führung zur Wirkung bringt (nach Kienzle) Das Wirkpaar Werkzeug Werkstück erzeugt durch eine Relativbewegung die Werkstückgeometrie. Die Relativbewegung ist einfach, bei Formwerkzeugen, z.b. Gesenkschmieden (Abbildendes Formen), komplex, bei punktförmigen Werkzeugen, z.b. Drehen (Gesteuertes Formen). Handwerkzeug Werkzeugmaschine Handwerkzeug Drillbohrer mechan. - WZ (handgeführt) Elektrowerkzeug Werkzeugmasch. Tischbohrmasch. Automat Bohrautomat Bereitstellen der Verfahrensenergie manuell mechanisch mechanisch mechanisch Ausführen der Relativbewegung manuell manuell mechanisch mechanisch Steuern des Verfahrensablaufes manuell manuell manuell automatisch W. Rößner manuelle Bearbeitung mechanische Bearbeitung automatische Bearbeitung Definition von Werkzeugmaschinen WMMaho1.ppt Fräsmaschine

4 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 4 Prof. Dr. Rößner Einteilung nach dem Fertigungsverfahren Die Wirkung zwischen Werkzeug und Werkstück beruht auf unterschiedliche Fertigungsverfahren (Vorlesung Fertigungsverfahren). Das Fertigungsverfahren bestimmt in der Regel die Bezeichnung der Werkzeugmaschine (z.b. Drehmaschine abgeleitet von Drehen ). DIN Urformen Fertigungsverfahren DIN 8580 Umformen Trennen Fügen Beschichten Stoffeigenschaf- DIN 8582 DIN 8593 ten ändern Gießereimaschinen (Rapid Prototyping) usw. Pressen Niet- Hämmer Schweiß- Walz- Montagemaschinemaschinen usw. usw. Auftrag- Härterei- Maschinen maschinen PVD/CVD usw. usw. Zerteilen DIN 8588 Scheren usw. Spanen Drehmaschinen Fräsmaschinen Schleifmaschinen usw. Abtragen DIN 8690 Laserbearbeitungs- Funkenerosions- Elysiermaschinen usw. WMEinteilungFV.ppt Einteilung von WM nach dem Fertigungsverfahren Einteilung nach allgemeinen Kriterien Werkstückgrundform (Kubische, plattenförmige, rotatorische Grundformen sind nicht aufgeführt) Blechbearbeitungsmaschinen z. Bsp. - Trennen Stanzen, Nippeln Lasern usw. - Umformen Biegen, Abkanten Ziehen usw. Rohrbearbeitungsmaschinen z.bsp. Biegen Endenbearbeitung usw. Zahnradbearbeitungsmaschinen Walzen Fräsen Schleifen Schaben Honen Profilbearbeitungsmaschine Stahlbau Fensterherstellung usw. Werkstückgröße Kleinwerkzeugmasch. Normalwerkzeugmasch. Großwerkzeugmasch. Werkstoff Metallbearbeitungsmaschinen Holzbearbeitungsmaschinen Kunststoffbearbeitungsmaschinen usw. Steuerung konventionell Zyklensteuerung CNC- Steuerung Automatisierungsgrad handbedient teilautomatisiert vollautomatisiert Einsatzbereich Systemumfang Universalmaschinen Einzelmaschinensysteme Sondermaschinen Mehrmaschinensysteme Einteilung von WM nach allgemeinen Kriterien

5 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 5 Prof. Dr. Rößner Einteilung von Werkzeugmaschinen zum Abtragen Thermisch Chemisch Mechanisch Laser Funkenerosion Elektrochemisches Ultraschallerosion Senken kein Medium zwischen Werkzeug und Werkstück Dielektrikumsflüssigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück Elektrolytflüssigkeit zwischen Werkzeug und Werkstück Schleifkorn zwischen Werkzeug und Werkstück Senkerodieren Stirnerodieren Planetarerodieren Drahterodieren Einteilung von abtragenden Werkzeugmaschinen Einteilung von Werkzeugmaschinen zum Spanen Schnittbewegung (Hauptbewegung) rotatorisch Werkzeug Werkstück translatorisch Werkzeug Werkstück Werkzeugschneiden geometrisch bestimmt geometrisch unbestimmt Bsp.: Bsp.: Fräsmaschine Drehmaschine Schleifmaschine Honmaschine Läppmaschine Stossmaschine Hobelmaschine Spindellage (Bearbeitungsrichtung) waagerecht senkrecht Vorschubbewegung (Relativbewegung) Werkzeug Werkstück Einteilung von spanenden Werkzeugmaschinen Anforderungen an Werkzeugmaschinen Technisch - Genauigkeit: Maßtoleranzen, Form und Lagegenauigkeit, Oberflächengüte. - Fertigungsleistung: Messgrößen sind z. B. Stückzahl, Zerspanvolumen, Schnitttiefe usw. - Geometrie: Geometrische Bearbeitungsfähigkeiten, z.b 3D Bearbeitung von Freiformflächen. Wirtschaftlich Stückkostenminimierung: Stückkosten = Kostensatz * Zeit Daraus leitet sich die Notwendigkeit zur Kostenminimierung durch Einsatz von Werkzeugmaschinen mit niedrigem Maschinenstundensatz und zur Zeitminimierung durch optimierte Verfahren, Schnittwerte, spezielle Maschinenkonzeptionen ab.

6 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 6 Prof. Dr. Rößner Einsatzbereich und Systemumfang von Werkzeugmaschinen Eine konkurrenzfähige Fertigung erfordert optimierte Werkzeugmaschinenkonzepte hinsichtlich Einsatzbereich und Systemumfang. Die Maximalforderung nach höchster Produktivität bei gleichzeitiger maximaler Flexibilität ist nicht erreichbar. Daher sind angepasste Konzepte auszuwählen. Bearbeitungszentrum (BZ): Ein BZ ist eine CNC (NC)- Maschine, die zur Ausführung von mindestens zwei Bearbeitungsoperationen und zu einem automatischen Werkzeugwechsel aus einem Magazin oder ähnlicher Speichereinrichtung entsprechend dem Bearbeitungsprogramm fähig ist (nach CECIMO). Selbsttätiges Bearbeiten eines Werkstückes. Flexible Fertigungszelle (FFZ): Autom. NC- Maschine mit Werkzeug- und Werkstückspeicher sowie Steuerungs- und Überwachungseinrichtungen zum selbsttätigen Bearbeiten mehrerer Werkstücke bzw. eines Loses. Flexibles Fertigungssystem (FFS): Automat. NC- Maschinen, miteinander verkettet durch Transport, Speicher- und Handhabungseinrichtungen für Werkstücke und Werkzeuge. Organisatorische Steuerung durch einen Rechner. Selbsttätiges Bearbeiten mehrerer Werkstücke bzw. eines Loses. Werkzeugmaschinenkonzepte

7 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 7 Prof. Dr. Rößner 1.2 Wirtschaftliche Bedeutung des Werkzeugmaschinenbaus Produktionswert: 7 Mrd. DM 13,5 Mrd. Beschäftigte: Die Produktivitätssteigerung wird am Beispiel der Schnittgeschwindigkeit deutlich. Die Schnittgeschwindigkeit erhöhte sich, bezogen auf 1870 um das 100-fache, entsprechend reduziert sich die Hauptzeit auf 1/100. Weitere Zeitgewinne ermöglicht die Verringerung der Nebenzeiten. Zusammen mit Mehrspindelkonzepten und Mehrfachwerkzeugen ist in diesem Zeitraum die Produktivität bis um das 200 bis 300-fache gesteigert worden. Vereinfachte Aussage: Eine heutiges Maschinenkonzept für die Massenfertigung leistet soviel wie 200 bis 300 Maschinen von damals! Technische und organisatorische Möglichkeiten zur Produktivitätssteigerung Verringerung der Hauptzeiten Nebenzeiten Rüstzeiten Brachzeiten Verlängerung der Laufzeiten (Einsatzstunden/Jahr) Absenkung der Investitions- und Betriebskosten 1. Welche Produktivitätsreserven lassen sich bei den derzeitigen tarifvertraglichen und gesellschaftlichen Randbedingungen noch ausschöpfen? 2. Wie beeinflusst die Produktivität und die gegebene Lohnkostenstruktur die internationale Konkurrenzfähigkeit? 3. Wie können flexible Arbeitszeitmodelle zum Verlängern der Maschinenlaufzeiten gestaltet werden? Schnittgeschwindigkeit v 2000 m/min Schnellarbeitsstahl gesintertes Hartmetall gegossenes Hartmetall Werkzeugstahl Schneidkeramik Jahr DiaGe.ppt Entwicklung der Schnittgeschwindigkeit

8 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 8 Prof. Dr. Rößner Der Kapitalaufwand für neue Produkte und Fertigungsprozesse steigt erheblich. Entsprechende technische und organisatorische Maßnahmen zur Kostensenkung müssen gefunden werden. Weitere Herausforderungen: Kürzere Auftragszeiten (Just in Time- Fertigung) Geänderte Führungs- und Organisationsformen (reduzierte Arbeitsteilung, Gruppenorganisation) Qualifizierung der Mitarbeiter , h , h ,- Lohn- und Zusatzkosten pro Jahr Tarifliche Sollarbeitszeit in der Metallindustrie pro Jahr h 1580 h Kapitalausstattung je Arbeitsplatz Nach Informationen des Institutes für Wirtschaftsforschung Lohn- Kapitalkosten und Arbeitszeiten

9 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 9 Prof. Dr. Rößner 1.3 Fertigungsverfahren und Abgrenzung der Werkzeugmaschinen Eine mögliche Abgrenzung der Werkzeugmaschinen erfolgt nach dem Fertigungsverfahren Rohteil Fertigteil Verfahren nicht formhaltig formhaltig Urformen Korn, Pulver,... Maschine formhaltig Band, Stange formhaltig mit Formunterschied Umformen Maschine formhaltig prism./rot. formhaltig mit ähnlicher Gestalt Trennen Maschine mehrere Einzelteile Montageteil Baugruppe Montage Fügen Maschine DIN 8580: zusätzl. Beschichten, Stoffeigenschaften ändern Montageteil mehrere Demontage Baugruppe Einzelteile Zerlegen Maschine Neue Anwendung für WM formhaltig nicht formhaltig Korn, Pulver,... Recycling Zermahlen Maschine Fertigungsverfahren und Formgebung von Werkstücken (DIN 8580 abgewandelt) Urformen: Form- und Gießmaschinen, Sinterpressen, Galvanoanlagen Umformen: Kontinuierlich (Walzmaschinen), Stückgut (Hämmer, Mechanische Pressen, Hydraulische,Pressen), Blech (Biegemaschinen) Trennen: Fügen: a) Zerteilen: Blechbearbeitungsmaschinen wie Schermaschinen, Stanzmaschinen b) Spanen mit geometrisch bestimmter oder unbestimmter Schneide. (Die Vorlesung konzentriert sich auf diese Thematik) c) Abtragen: Funkenerosionsmaschinen, Elektrochemische Bearbeitungsmaschinen usw. Montagemaschinen, Schweiß- Lötmaschinen, Niet- Schraub- Klebemaschinen usw. Beschichten und Stoffeigenschaften ändern: Dies sind gemäß DIN 8580 Fertigungsverfahren, die jedoch keine nennenswerte Formänderung hervorrufen. Deshalb im obigen Bild nicht berücksichtigt. Demontage: In der DIN 8580 ist das Zerlegen unter dem Oberbegriff Trennen eingeordnet. Hier ist dieses Verfahren gesondert aufgeführt, da im Rahmen von Recycling- Aufgaben die Bedeutung zunimmt. Zermahlen: Kein Fertigungsverfahren nach DIN 8580, sondern der mechanischen Verfahrenstechnik zugeordnet. Fertigung dieses Getriebeunterteiles? Welche Fertigungsverfahren und Werkzeugmaschinen kommen zum Einsatz?

10 Fachhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 10 Prof. Dr. Rößner Beispiel Urformen: Formherstellung und Gießen AGM Beispiel: Gießen und Vakuum- Formanlage Schrifttum zu Kapitel 1: Scheipers, Paul (Herausgeber): Handbuch der Metallbearbeitung, Verlag Europa- Lehrmittel, Haan- Gruiten, ISBN

11 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 11 Prof. Dr. W. Rößner 2 System Werkzeugmaschine Systemtechnische Sicht: Betrachtung von Teilfunktionen (siehe Bild unten). Konstruktive Sicht: Betrachtung von Baugruppen. Gestellbauteile: Grundplatte, Bett, Ständer, Querbalken, Säule, Ausleger, Tisch, Gestell, Mitten- Seiten-, Aufbauteile Schlitten und Spindeln: Längsführungen, Rundführungen Werkstück- und Werkzeugträger: WS-/WZ- Aufnahmen, Spanneinrichtungen Antriebe: Motoren, Getriebe, Kupplungen, Vorschubspindeln Steuerungen: NC, CNC, SPS, elektr., hydr., pneumat, mech. Steuerungen Hilfseinrichtungen: Kühlmittelversorgung, Späneentsorgung usw. Systemtechnische Sicht Konstruktive Sicht Bsp. Drehmaschine Werkzeugrevolver Drehspindel Werkzeugaufnahmen Führung X-Achse Reitstock Steuerschrank Hydraulik Schrägbett Zentralschmierung Führung Z-Achse Teilsysteme und Baugruppen von Werkzeugmaschinen Systemgrenzen I Ordnung: Maschine II Ordnung: Fertigungssystem (mehrere Maschinen für eine Aufgabe zusammengefasst, z.b. FFS) III Ordnung: Abteilung z. B. Dreherei IV Ordnung: Produktion insgesamt (alle Fertigungsabteilungen eines Unternehmens)

12 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 12 Prof. Dr. W. Rößner 2.1 Arbeitssystem Im Arbeitssystem läuft das Fertigungsverfahren am Wirkpaar Werkstück Werkzeug ab. Hierzu finden im Arbeitsraum die Relativbewegungen zwischen Werkstück (WS) und Werkzeug (WZ) mit entsprechenden Kräften und vorgegebenen Geschwindigkeiten, evtl. unter Einwirkung zusätzlicher physikalischer Effekte z.b. Laserstrahl statt. Das Arbeitssystem ist der Kern der Werkzeugmaschine. Für die im Arbeitssystem ablaufenden Vorgänge sind weitere Teilsysteme wie Antriebe und Steuerungen, sowie manuelle Tätigkeiten z.b. Einstellen, Bedienen, Überwachen und Prüfen erforderlich. Mit höherem Automatisierungsgrad einer Werkzeugmaschine werden manuelle Tätigkeiten substituiert durch zusätzliche Teilsysteme wie NC- Steuerungen oder Werkzeughandhabungssysteme. Diese Teilsysteme besitzen alle eine Schnittstelle zum Arbeitssystem. Zum Steuern und Regeln des Verfahrensablaufes müssen Prozessparameter erfasst und gesteuert oder geregelt werden. Dies setzt definierte und erfassbare Parameter voraus. Ferner muss die Bearbeitung mit jeweils vorhandenen Mitteln beherrschbar sein, um die automatisierten Funktionen technisch und wirtschaftlich realisieren zu können. Das Fertigungsverfahren und somit das Arbeitsystem sind bestimmend für den konstruktiven Aufbau der Werkzeugmaschine. Nach DIN liegen folgend Fertigungsverfahren zugrunde: Urformen: z.b. Spritzgussmaschine Umformen: z.b. Gesenkschmiedepresse Trennen: z.b. Drehmaschine, Abtragmaschine (Funkenerosion), Stanzmaschine Fügen: z.b. Montagemaschine, Nietmaschine Kombinierte: z.b. Fertigungssysteme mit verschiedenen Verfahren Bestimmende Größen des Arbeitssystems sind: Fertigungsverfahren: Fräsen, Lasern, Drehen usw. Geometrie des Arbeitsraumes: Abmessungen, Form Kinematik: Verfahrwege und Verfahrgeschwindigkeiten (Eilganggeschw m/min 100 m/min) Dynamik: Kräfte und Beschleunigungen (Beschleunigung 6 m/s 2 1g 2g) Frässystem Laserbearbeitungssystem Quelle: MAHO WMArbSyst.ppt Arbeitssysteme in Werkzeugmaschinen

13 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 13 Prof. Dr. W. Rößner 2.2 Kinematiksystem Kinematikfunktionen: a) Relativbewegung Werkzeug Werkstück bei der Bearbeitung (Hauptachsen) b) Hilfsbewegungen z. Bsp. für Werkzeug- und/oder Werkstückwechsel (Hilfsachsen) Unterscheidung in Linearachsen und Drehachsen Die Anforderungen an das Kinematiksystem ergeben sich aus: Bearbeitungskräfte (Spankräfte, Massenkräfte) Bewegungsgeschwindigkeit (Eilgang, Bearbeitung) Bewegungsgenauigkeit (Führungsgenauigkeit, Bahngenauigkeit, Positioniergenauigkeit) Bewegungslänge (Arbeitsraumgröße) Eingesetzte Konstruktionselemente: Führungen, Lager, Vorschubantriebe, mech. Kraftübertragung (z.b. Kugelrollspindel), Wegmeßsysteme Formwerkzeug: einfache Kinematik. Bsp.: Bei einem Formgesenk ist die Werkstückgeometrie im Gesenk enthalten; die Gesenkpresse bewegt sich nur in einer Richtung. Punktwerkzeug: komplexe Kinematik. Bsp.: Bei einer 3 D- Fräsmaschine enthält das Werkzeug keine Forminformationen; die Maschine bewegt das Werkzeug über mind. 3 Koordinaten. Drehen: 2- Achsen Fräsen: 3- Achsen bis 5 Achsen (mit zusätzlichen Hilfsachsen ergeben sich Vielachsenmaschinen) Orthogonale Linearachsen Klassische Werkzeugmaschine Quelle: Großmann/Arndt Stab- Gelenksystem Hexapod -System Gelenk- Glieder- Kette Industrieroboter WmKinVar.ppt Kinematikvarianten 1. Geben Sie einige Beispiele an für die Hilfsbewegungen beim Werkzeug- bzw. Werkstückwechsel! 2. Welche mechanischen und steuerungstechnischen Größen beeinflussen die Positioniergenauigkeit?

14 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 14 Prof. Dr. W. Rößner Bauformen und Achsbezeichnungen Unterscheidung in Linearachsen und Drehachsen. Bei bestimmten Verfahren auch Unterscheidung nach der Spindellage (waagerecht oder senkrecht) Grundregeln für die Achsbezeichnung Rechtsdrehendes Koordinatensystem (Rechte Hand Regel) Linearachsen haben die Bezeichnung X,Y,Z; weitere gleichgerichtete Achsen X1,Y1,Z1; bzw. U,V,W Z- Achse parallel zur Spindelachse (Z- Achse = Spindelachse) X- Achse parallel zum Aufspanntisch Y- Achse ergibt sich aus rechtsdrehendem Koordinatensystem Der Koordinatenursprung des Maschinenkoordinatensystems ist vom Hersteller festgelegt Mit zunehmenden Koordinatenwert, vergrößert sich das Maß am Werkstück Drehachsen haben die Bezeichnung A, B, C; A- Achse dreht sich um X, B- Achse um Y usw. Bewegt sich das Werkstück, wird bei Verwechselungsgefahr die Achsbezeichnung mit ergänzt. X Y Z B` X` - Y Z X` - Y Z` Zuordnung der Bewegung Werkzeug - Werkstück Welche Kinematiken sind den folgenden 3 Fällen zuzuordnen? Fall 1 Fall 2 Fall 3 Werkstückgröße-masse Feinmechanik Getriebegehäuse Großdieselmotor Bearbeitete Seiten eine 4 5 Zerspanungsintensität klein mittel groß Wie sind die Achsbezeichnungen bei einer Senkrechtfräsmaschine und bei einer Drehmaschine festzulegen?

15 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 15 Prof. Dr. W. Rößner Schwenkfräsköpfe waagerechte Z- Achse senkrechte Z- Achse senkrechte Z- Achse 5- Achsen- Bearbeitung Bauformen und Achsbezeichnungen bei Drehmaschinen

16 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 16 Prof. Dr. W. Rößner 2.3 Werkzeugsystem Abhängig vom physikalischen Verfahren (Spanend, Erosiv, Laser usw.) unterscheiden sich die Werkzeuge und die zugehörigen Spannmittel. Werkstücksystem Werkzeugsystem Spindel Werkstückträger Werkstück Werkzeugträger Bsp.: Fräsen Tisch Schraubstock Drehwerkzeugspannung Werkstückspannmittel Werkzeugspannmittel Bsp.: Drehen Drehfutter Werkzeugspannmittel Werkstückspannmittel Fräswerkzeugspannung Werkstückträger Revolver Werkzeugträger Spindel Werkstück V-WM.DSF Werkstücksystem Werkzeugsystem Werkzeug-/Werkstücksystem in spanenden Werkzeugmaschinen

17 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 17 Prof. Dr. W. Rößner Zusatzelemente in Werkzeugen Kupplung zur Maschine (Schnittstellenüberbrückung) a) Schneidplatte - Schneidplattenhalter b) Schneidplattenhalterhalter Werkzeughalter c) Werkzeughalter Werkzeugträger (Spindel oder Revolver) Aufnahmeelemente für Werkzeugwechselgreifer (Greifrille) Elemente zur Voreinstellung und Verstellung (Maßkorrektur) Informationsspeicherung und übertragung, Kodierung Brucherkennung, Verschleißüberwachung, Überlastschutz Kühlschmierstoffzufuhr Bewegungselemente z.b. Ausklappen von Schneiden Dämpfungselemente z.b. Bleischrotfüllung Antriebselemente z.b. für angetriebene Werkzeuge bei Drehmaschinen Energie- und Signalübertragung z.b. bei Meßköpfen Sensorische und aktorische Einbauten in Werkzeuge Beispiele für Sensoren: Schnittkrafterfassung, Schneidenbruch Beispiele für Aktoren: Schneidenverstellung, Signal- Energieübertragung Werkzeugwechsel- und speichersysteme Werkzeugwechsel mit eigener Kinematik oder mit Maschinenkinematik Revolverbauformen: Trommelrevolver, Sternrevolver, Kronenrevolver Werkzeugfluss- und Logistik Gestaltung des Werkzeugkreislaufs mit Infoträgern. Bsp.: Fräsen Schnittstellen zur Wirkstelle Maschine (Schneide) (Werkzeugträger) Werkzeugaufnahme Greifrille Infoträger Anzugsbolzen (DIN 69872) Steilkegel SK (DIN Teil 1) Hohlschaftkegel HSK (DIN ) 1 Schneidplatte 2 Schneidplattenhalter 3 Werkzeughalter 4 Werkzeugträger * * * 1 * 2 * 3 * 4 (Spindel) (Revolver) VDI- Halter Morsekegel MK (DIN 228) * Schnittstellen Bsp.: Drehen V-WM.DSF Werkzeugaufbau

18 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 18 Prof. Dr. W. Rößner Identifikationssysteme (RFID) Unterscheidung zwischen fest codierten und frei beschreibbaren Datenträgern. Die Datenübertragung erfolgt berührungslos in der Regel induktiv. Die Einsatzgründe liegen in der einfachen Datenhaltung und übertragung. RFID- Systeme erweitern die Möglichkeiten der rechnergestützte Werkzeugverwaltung. Einsatz von Werkzeugdatenbanken möglich mit Anwendung in der Lagerverwaltung, Auftragsverwaltung, Wiederbeschaffung, Betriebsdatenerfassung und in PPS (Produktionsplanungs- und Steuerungssystem). Die montierten Werkzeuge bestehen aus verschiedenen Einzelteilen. Es lassen sich die Stücklisten und Montageinformationen ebenfalls speichern. Wie im nachfolgenden Bild erkennbar ist lassen sich Vergangenheit, aktueller Zustand und Zukunft des Werkzeuges elektronisch dokumentieren. Einsetzbar für: Werkzeuge Vorrichtungen Spannmittel Mess-/Prüfmittel Ladeeinheiten Materialfluss Handhabungseinrichtungen usw. Nach SANDVIK Speicherinhalt von frei beschreibbaren Infoträgern

19 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 19 Prof. Dr. W. Rößner frei beschreibbar Info-Träger fest codiert (WZ-Nr.) Werkzeug- und Datenfluss unter Einsatz von WZ-Identifikationssystemen Nach Pepperl & Fuchs, Mannheim Typischer Datensatz zur Werkzeugverwaltung

20 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 20 Prof. Dr. W. Rößner Werkzeugsystem für drehende Werkzeuge Bsp.: Fräsen Schnittstellen zur Wirkstelle Maschine (Schneide) (Werkzeugträger) Steilkegel SK (DIN Teil 1) Greifrille Infoträger Anzugsbolzen (DIN 69872) 1 Schneidplatte 2 Schneidplattenhalter 3 Werkzeughalter 4 Werkzeugträger * * * 1 * 2 * 3 * 4 (Spindel) * Schnittstellen Werkzeugsystem bei Fräsmaschinen Spannzangenaufnahme für Bohrer Kühlmittelzuführung über den Werkzeugbund DIN B Anzugsbolzen DIN Hahn & Kolb Steilkegel mit innerer Kühlmittelzuführung

21 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 21 Prof. Dr. W. Rößner Hohlspannkegel HSK ISO-Steilkegel SK CYTEC Werkzeugspannung in Spindel Werkzeugsystem für stehende Werkzeuge V-WM.DSF Schnittstellen Wirkstelle zur Maschine (Schneide) (Werkzeugträger) 1 Schneidplatte 2 Schneidplattenhalter 3 Werkzeughalter 4 Werkzeugträger * * * * Schnittstellen Bsp.: Drehen Revolver VDI- Halter Werkzeugsystem bei Drehmaschinen

22 Hhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 22 Prof. Dr. W. Rößner 2.4 Werkstücksystem Funktion: Einteilung: Bestimmen und Spannen des Werkstückes Schnittstellen: Werkstückform rotatorisch zur Maschine: Drehspindelköpfe prismatisch T- Nuten Hauptbewegung Drehfutter zum Werkstück: Spannbacken Schraubstock Spannpratzen Verfahren spanend (Kräfte) zum Informationsfluss: Codeträger abtragend (stromleitend) Strichcode usw. Automatisierung Handspannmittel autom. Kraftspannmittel Werkstückanzahl Einfachspannvorrichtung Mehrspannvorrichtung Beweglichkeit stationäre Spannvorrichtung bewegliche Spannvorrichtung (z. B. Werkstückträgerpalette) Besonderheiten beim Spannen: Ausrichten und Ausmitteln von Bearbeitungszugaben Anreißen Einfluss von Stabilität und Verformungen, Umschlagfehler Bsp.: Fräsen Werkstück Schraubstock 1 Werkstück Tisch 2 Spannbacke 1 * 2 * 3 * 4 3 Spannbackenhalter 4 Werkstückträger Schnittstellen Maschine zu Werkstück (Werkstückträger) (Spannstelle) Spindel Werkstück Bsp.: Drehen Drehfutter V-WM.DSF Schnittstellen Maschine (Werkstückträger) zu Werkstück (Spannstelle) Spannmittelaufbau

23 Hhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 23 Prof. Dr. W. Rößner Spannmittel für prismatische Werkstücke Untergliederung in Spannpratzen zum direkten Aufspannen auf den Maschinentisch Baukastenspannvorrichtungen (bestehend aus Spannpratzen, Hebelspanner, Anschlagklötze usw.) Sonderspannvorrichtungen Schraubstöcke Weitere Untergliederung in manuelle und mechanisierte Spannmittel. Letztere sind z.b. hydraulisch betätigt und eignen sich für den automatisierten Werkstückwechsel. Ferner unterscheidet man zwischen Einfach- und Mehrfachaufspannung. Bsp.: Fräsen Werkstück V-WM.DSF Tisch 1 * 2 * 3 * 4 1 Werkstück 2 Spannbacke 3 Spannbackenhalter 4 Werkstückträger Schraubstock T-Nuten Werkstückspannung für prismatische Werkstücke Spannvorrichtung für ein Getriebegehäuse

24 Hhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 24 Prof. Dr. W. Rößner Alternativ: Ausrichtbohrungen A, B, C: feste Stützpunkte 1, 2, 3: Ausrichtkräfte 4, 5, 6: feste Bezugspunkte Spankraft gegen fest abgestützte oder starre Teile der Vorrichtung Fluss der Spannkraft so kurz wie möglich. Hydraulische Schwenkspanner Hydraulische Schwenkspanner mit Stützzylinder. ENERPAC Spanngrundsätze Beispiel: Mechanisches Aufspannen

25 Hhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 25 Prof. Dr. W. Rößner AMF Hydraulisches Spannen Werkstückwechsel mit Industrieroboter

26 Hhochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 26 Prof. Dr. W. Rößner Spannmittel für rotatorische Werkstücke Reitstock Lünette V-WM.DSF 4 * 3 * 2 * 1 Spindel Werkstück 1 Werkstück 2 Spannbacke 3 Spannbackenhalter Bsp.: Drehen Drehfutter 4 Werkstückträger Werkstückspannung für rotatorische Werkstücke Hydraulische Spannfutterbetätigung (RÖHM)

27 Hochschule Augsburg University of Applied Sciences Werkzeugmaschinen/NC S. 27 Prof. Dr. W. Rößner 2.5 Werkzeughandhabungssystem Funktionen: Werkzeugwechsel und -speicherung in der Maschine mit Schnittstellen zu Diagnose-/Überwachungsund Einstellfunktionen Werkzeugtransport zwischen Maschine und Zentrallager, sowie Speicherung im Zentrallager Werkzeugvorbereitung, -aufbereitung und einstellung an einem Einrichteplatz Beispiele zur Verwendung von Werkzeugwechseleinrichtungen: Urformmaschinen Wechsel von Spritzgussformen in Kunststoffspritzgießmaschinen Umformmaschinen Gesenkwechsel in Kalt- oder Warmformpressen Zerteilende WM Wechsel von Stanzwerkzeugen Spanende WM Werkzeugwechsel in CNC- Werkzeugmaschine Abtragende WM Elektrodenwechsel in Funkenerosionsmaschine Montagemaschine Wechsel von Schraubersätzen für unterschiedliche Schrauben Mess- und Prüfmaschinen Tasterwechsel in 3-D-CNC-Koordinatenmessmaschinen Handhabungsgeräte Greiferwechsel bei Industrierobotern Werkzeugwechsel in der Maschine notwendig durch: a) Folgearbeitsgänge (mehrmals je Werkstück) b) Umrüstvorgänge (einmal je Los) c) Nachwechselvorgänge (mehrmals je Los): Wechsel von verschlissenen oder gebrochenen Werkzeugen gegen gebrauchsfähige, gleichartige Werkzeuge (Schwesterwerkzeuge) In Ausnahmefällen erfolgt der Wechsel auch mehrmals je Arbeitsgang bei großen Zerspanvolumen z. B. Integralteile für Flugzeugbau Werkzeugwechselzeit: Die Werkzeugwechselzeit ist eine Nebenzeit mit großem Einfluss auf die Ausbringung (Stückleistung) der Werkzeugmaschine. Bei Fräsmaschinen z. B. min 1 bis 5 Sek.. Span- zu Spanzeit (Definition nach VDI 2852): Zeit zwischen dem Beginn des Wegführens eines auszuwechselnden Werkzeuges aus einer repräsentativen Bearbeitungsposition und dem Ende des Heranführens eines folgenden, gleichlangen Werkzeuges in die gleiche Bearbeitungsposition. Werkzeugträger Einwechseln des kompletten Werkzeugträgers in Arbeitsposition Werkzeug WZ- Austausch zwischen WZ- Magazin und Werkzeugträger (Spindel) Anordnung kreisförmig oder linear Ausgeführt durch Feste Werkzeuge (Drehen) Bsp. Revolver schwenken Zirkularanordnung Sternrevolver Trommelrevolver Kronenrevolver Kombinierte Revolver Linearanordnung Rotierende Werkzeuge (Fräsen) Bsp. Spindel schwenken Doppelgreifer Magazin fest Magazin mitbewegt Maschinenkinematik Pick Up Magazin fest Magazin mitbewegt Werkzeugwechselprinzipien (Werkzeugträger- oder Werkzeug)

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