Vorgehensweise beim Fertigen mit CNC-Maschinen

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1 Kapitel 2 Vorgehensweise beim Fertigen mit CNC-Maschinen Vorgehensweise beim Fertigen mit CNC- Maschinen Gleiches systematisches Vorgehen für alle Werkstücke, egal wie komplex. Ausführliche Beschreibung der einzelnen Schritte in Lernsituation 1. Lernsituation durchblättern und auf die einzelnen Schritte hinweisen. Kapitel 2 Vorgehensweise beim Programmieren 2.1 Grundsätzliche Vorgehensweise Erstellen Sie ein CNC-Programm zur Fertigung der Pos. 3 in erster Auf spannung. Nutzen Sie hierfür die nachfolgend beschriebenen sieben Schritte der grundsätzlichen Vorgehensweise beim Programmieren. 1. Schritt: Werkstücknullpunkt wählen und festlegen (abhängig von der Werkstückform und dessen Bemaßung) 2. Schritt: Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen. 3. Schritt: Arbeitsablaufplan erstellen Arbeitsschritte ermitteln und in sinnvolle Reihenfolge bringen Werkzeuge zuordnen Schnittdaten berechnen (Spindeldrehzahl, Vorschübe) 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 Werkzeuge verrechnen und bereitstellen Nullpunkt setzen Abarbeiten des Programms 7. Schritt: Dokumentation des Programms und aller Fertigungsunterlagen Archivierung auf Datenträger C-SFS Vorgehensweise beim Programmieren 2 21 Vorgehensweise beim Programmieren 2 35 Vorgehensweise beim Fertigen mit CNC-Maschinen Vor Programmerstellung muss ein Arbeitsablaufplan erstellt werden, um die Bearbeitungsschritte und deren Reihenfolge festzulegen. Anschließend werden die Bearbeitungsschritte mit geometrischen und technologischen Informationen hinterlegt. Die einzelnen Ablaufschritte beschreiben die jeweilige Aktion (Bewegung) der CNC-Maschine. 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 systematischen Vorgehensweise gliedern.

2 36 2 Vorgehensweise beim Programmieren Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler wenden die systematische Vorgehensweise zum Lösen von Bearbeitungsaufgaben an. Lösung spalte der Schüler Schritte werden in ausführlich beschrieben. Alternative Vorgehensweisen Zusatzinformationen Beispielprogramm zeigen Unterschiedliche Programmbeispiele verschiedener Steuerungen zeigen Simulation für vorhandene oder andere Werkstücke demonstrieren Beispiele/Übungen/Reflexion Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die grundlegende Bedeutung der systematischen Vorgehensweise beim Programmieren für Ihre konkrete Aufgabenstellung und weiteren Aufgaben.

3 Kapitel 3 Werkstücknullpunkt wählen Nullpunkte 22 3 Werkstücknullpunkt wählen Kapitel 3 Werkstücknullpunkt wählen 1. Schritt: Werkstücknullpunkt wählen und festlegen Aus dem vorangegangenen Kapitel kennen Sie bereits die Achs definitionen in den unterschiedlichen Koordinatensystemen. Lernen Sie in diesem Kapitel zusätzlich das Arbeiten mit der Rechten-Hand-Regel und erarbeiten Sie sich die Informationen zu den Drehungen um die einzelnen Achsen. Nutzen Sie die nachfolgenden allgemeinen Informationen zur Festlegung des Werkstück null punktes in Ihrer Fertigungszeichnung Werkstücknullpunkt wählen Erklärung einiger Nullpunkte (siehe unten). Wahl des Werkstücknullpunktes besprechen. Prägen Sie sich die folgenden Definitionen ein. Der Werkstücknullpunkt ist der Ursprung des Werkstückkoordinatensystems und wird vom Programmierer nach bemaßungs- und fertigungstechnischen Gesichtspunkten festgelegt. Das Symbol zur Darstellung des Werkstücknullpunktes besteht aus zwei konzentrischen Kreisen mit Mittellinien, bei dem das innere untere rechte Viertel geschwärzt ist. Tabellenbuch Metall Zu Null- und Bezugspunkten Symbol Bedeutung Beschreibung W M R Werkstücknullpunkt Maschinennullpunkt Maschinenreferenzpunkt Der Ausgangspunkt für das Werkstück koordinatensystem ist der Werkstücknullpunkt. Er kann frei gewählt werden und sollte fertigungstechnisch sinnvoll angeordnet werden. Seine Lage ist durch die Abstände (X,Y,Z) zum Maschinen nullpunkt definiert. Der Maschinennullpunkt ist der Ursprung des Maschinenkoordinatensystems, auf den sich alle (abgeleiteten) Maßsysteme zurückführen lassen. Er ist damit der Ausgangspunkt für alle weiteren Koordinatensysteme. Der Referenzpunkt ist ein vom Maschinenhersteller festgelegter Punkt mit einem festgelegten Abstand zum Maschinennullpunkt. Beim Anfahren des Referenzpunktes (inkrementale Messsysteme) wird die Positionsanzeige der Steuerung mit dem Maschinenkoordinatensystem abgeglichen.

4 38 3 Werkstücknullpunkt wählen Rechte-Hand- Regel C-FSL Info Abbildung Rechte-Hand- Regel Regel üben an unterschiedlichen Werkzeugmaschinen (siehe Anhang). 3.1 Rechte-Hand-Regel Arbeiten Sie mit der Rechten-Hand- Regel. Nach DIN ist ein rechtwinkliges Koordinatensystem folgendermaßen beschrieben: Die Koordinatenachsen X, Y und Z stehen senkrecht aufeinander. Eine Zuordnung kann durch Dau men (positive X-Achse), Zeigefinger (positive Y-Achse) und Mittel finger (positive Z-Achse) der rechten Hand darge stellt werden Werkstücknullpunkt wählen 3.2 Das kartesische Koordinatensystem in der Ebene Y Das kartesische Koordinatensystem (hier aufgespannt durch die Achsen X und Y in der Ebene) besteht aus vier Quadranten. II. Quadrant I. Quadrant Beispiel: Gegenüberstellung der Koordinatenangaben bei Lage eines Werkstücks in den 4 Quadranten. Die Zuordnung der Vorzeichen zeigt für den ersten Quadranten positive Vorzeichen. In der technischen Kommunikation werden Werkstücke im Allgemeinen von sogenannten Maßbezugsebenen bemaßt, die ebenfalls mit den Koordinatenachsen zusammenfallen. 3.3 Festlegungsmöglichkeiten Die Festlegung des Werkstücknullpunktes ist beliebig. X III. Quadrant IV. Quadrant Q X Y I + + II + III IV + Vorzeichentabelle Bezug der Rechte-Hand-Regel zu Maschine Werkstück Nullpunkt

5 Nullpunkt 24 3 Werkstücknullpunkt wählen Nullpunkt links unten ergibt nur positive Werte in XY-Fräsebene. Z0-Ebene In der Z-Achse sollte der Werk stücknullpunkt auf der Oberfläche des Fertigteils liegen. So können Sie in der Z-Achse antas ten. Auf diese Weise erkennt man im Listing eines CNC- Programms an negativen Z-Werten, dass sich das Werkzeug (meistens) im Material befindet. Nicht symmetrisches Werkstück Bei nicht symmetrischen Teilen sollte der Werkstücknullpunkt an die linke untere und obere Ecke des Werkstückes gelegt werden. Generell sollte der Werkstücknullpunkt in den Ursprung der Bemaßung gelegt werden, damit der Programmierer die Maße nicht umrechnen muss Werkstücknullpunkt wählen Nullpunkt auf Symmetrielinie ergibt gleiche Zahlenwerte mit umgekehrten Vorzeichen. Werkstück um eine Achse symmetrisch Bei Werkstücken, die um eine Achse spiegelsymmetrisch sind, sollte der Werk stücknullpunkt auf die Symmetrie linie, auf eine Seitenfläche und auf die Oberfläche des Fertigteils gelegt werden. Die Seitenfläche sollte so gewählt werden, dass sich positive Koordinatenwerte ergeben. Werkstück um zwei Achsen symmetrisch Bei Werkstücken, die um zwei Achsen spiegelsymmetrisch sind, sollte der Werk stücknullpunkt auf den Schnittpunkt der Symmetrielinien und auf die Oberfläche des Fertigteils gelegt werden. Nullpunkt im Zentrum ergibt gleiche Zahlenwerte mit wechselnden Vorzeichen, siehe Quadranten. Übung Legen Sie, auch mit Hilfe der Rechten-Hand-Regel, den Nullpunkt und die einzelnen Achsen für unterschiedliche Werkstücke fest. 04 Hinweis auf weitere Möglichkeiten der Nullpunktlage, bezogen auf die Rohteilmaße und unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten, bezogen auf den Schraubstock oder auf den Arbeitstisch. Hinweis auf Auswirkung der Nullpunktlage auf die Programmierung

6 40 3 Werkstücknullpunkt wählen Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler bestimmen die Werkstücknullpunkte an unterschiedlichen Werkstücken und legendem Werkstücknullpunkt für das zu fertigende Bauteil begründet fest. Lösung spalte der Schüler Skizzen und Symbole einiger Bezugspunkte. Alternative Vorgehensweisen Weitere Möglichkeiten der Nullpunktlage unter fertigungstechnischen Gesichtspunkten: Schraubstock, Arbeitstisch, Vorrichtung, Bezugspunkte. B-FSL Zeichnungen Nullpunktbestimmung Zusatzinformationen Beispiele/Übungen/Reflexion Eintragen der Nullpunkte in die Fertigungszeichnung. Bezug zum Einrichteblatt und zur Nullpunkttabelle in der Steuerung. Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die grundlegende Bedeutung der systematischen Vorgehensweise beim Programmieren für Ihre konkrete Aufgabenstellung und weiteren Aufgaben.

7 4Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Kapitel 4 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Kapitel 4 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen 2. Schritt: Die Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Schritt der systematischen Vorgehensweise. Übungen zeigen den Zusammenhang zwischen Zeichnung und Koordinatentabelle. Üben Sie die Koordinatenbestimmung an den folgenden Beispielen. Sie benö tigen diese zur Bestimmung der Koordinaten in Ihrem CNC-Programm. Entnehmen Sie der Zeichnung die Koordinaten und tragen Sie diese in die nebenstehende Tabelle ein. Punkt X-Achse Y-Achse P1 Übertragen Sie die Werte aus der Tabelle in die Zeichnung. (Die Punkte ergeben keine Kontur). Punkt X-Achse Y-Achse P Punkt X-Achse Y-Achse P P1 Y Y Rasterabstand 10x10 X Rasterabstand 10x10 X Rasterabstand 10x10 C-SFS Übungen zur Koordinatenbestimmung 4 25 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Wählen Sie eine sinnvolle Nullpunktlage. Weitere Übungen finden Sie in der Knowledge Base.

8 42 4 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen 26 4 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Übung mit dreidimensionalem Koordinatensystem. Für das Erstellen eines Fräsprogramms ist das räumliche Denken, d. h. das Bestimmen der Koordinaten X, Y und Z eines Punktes im Raum von großer Bedeutung. Bestimmen Sie für die nebenstehende Zeichnung eine sinnvolle Lage des Werkstücknullpunktes (Beachten Sie dabei die Vorgaben aus Kap. 3). Zeichnen Sie das Koordinatensystem mit dem Symbol für den Werkstücknullpunkt in die Zeichnung ein. Bestimmen Sie die Koordinaten der angegebenen Punkte und tragen Sie diese dann in die Koordinatentabelle ein Je nach Festlegung des Werkstücknullpunktes ergeben sich unterschiedliche Ergebnisse. Punkt X-Achse Y-Achse Z-Achse P1 P6 P7 P8 P1 P6 P8 P7 B-FSL Übungen Koordinaten bestimmen Weitere Übungen finden Sie in der Knowledge Base.

9 4Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Mit dieser Übung wird der Unterschied zwischen absoluter und inkrementaler Programmierung erarbeitet. Bei der inkrementalen Programmierung ist der Koordinatenendpunkt des zuvor programmierten Elementes der Ursprung für die nächste Koordinateneingabe. 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 Koordinatentabellen ein. Legen Sie zunächst wieder einen sinnvollen Werkstücknullpunkt fest. Punkt P1 P6 P7 P8 Punkt P1 P6 P7 P8 absolut inkremental X Y X Y absolut inkremental X Y X Y P6 P7 P8 6 t= P P7 t=5 P8 P R16 R14 P C-SFS Übungen Koordinatenbestimmung 4 27 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen 43

10 A B C D E F ,1-0,1 Allgemeintoleranz ISO 2768-m Verantwortl. Abt. Technische Referenz Erstellt durch Titel, zusätzlicher Titel Genehmigt von Dokumentenstatus Änd. Ausgabedatum Spr. Blatt A B C D 44 4 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen 28 4 Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen CNC-gerechte Bemaßung wird normgerecht als steigende Bemaßung bezeichnet. C-SFS Übung: Bemaßen Übungen Diese Übung dient der norm- und CNC-gerechten Bemaßung von Werk stücken. Bemaßen Sie die Zeich nung einmal normgerecht und einmal CNC-gerecht. Nutzen Sie hierfür die in der Knowledge 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. VDW-NWS VDW-NWS Fertigungszeichnung Dokumentenart Übung: Bemaßen freigegeben A de 1 Tabellenbuch Zu Bemaßung Definition siehe Tabellenbuch, Hoischen.

11 4Koordinaten bestimmen bzw. der Zeichnung entnehmen Handlungsziele Die Schülerinnen und Schüler bestimmen alle fertigungstechnisch relevanten Koordinaten aus der vorliegenden Fertigungszeichnung und unterscheiden dabei zwischen absoluter und CNCgerechter Bemaßung. Sie erstellen Koordinatentabellen für absolute und inkrementale Programmierung. 45 Lösung Lösung zu den Übungsbeispielen Zeichnung mit Maßangaben Koordinatentabelle Maßtabelle Nullpunkt, Koordinatentabelle für Nadelhalter B-FSL Lösung Bemaßen spalte der Schüler DIN-Norm für Bemaßungsregeln Definition und Unterschied absolute und inkrementale Koordinatenangaben Alternative Vorgehensweisen Bemaßung mit Koordinatenbemaßung Zusatzinformationen Beispiele/Übungen/Reflexion Die Schülerinnen und Schüler reflektieren den Arbeitsschritt 2 Koordinaten bestimmen unter dem methodischen Aspekt der Informationsbeschaffung und deren Anwendung auf eine konkrete Aufgabe.

12 46 5 Arbeitsablaufplan erstellen Kapitel 5 Arbeitsablaufplan erstellen Ablaufplan Verfahrwege auch für Werkzeug holen Werkzeug positionieren Benötigtes Werkzeug auswählen. Kapitel 5 Arbeitsablaufplan erstellen 3. Schritt: Arbeitsablaufplan erstellen Arbeitsschritte ermitteln und in eine sinnvolle Reihenfolge bringen Werkzeuge zuordnen Schnittdaten berechnen Wählen Sie die notwendigen Werkzeuge und bestimmen Sie die Technologiedaten für Ihren Fertigungsauftrag. Das unten stehende Beispiel dient als Hilfestellung. 5.1 Berechnung der Technologiewerte Drehzahlberechnung 5 29 Arbeitsablaufplan erstellen Erforderliche Technologiewerte: Schnittgeschwindigkeit Drehzahl, Vorschub Zur Bearbeitung von Werkstücken müssen Vorschubwerte und Spindeldrehzahlen in die Steuerung der Werkzeugmaschine eingegeben werden. Diese Werte können auf unterschiedliche Weise ermittelt werden. Man kann sie aus Schnittwerttabellen ablesen, aber auch mit Werten, z.b. aus dem Tabellenbuch, genau berechnen. In einem CNC-Programm wird die Vorschubgeschwindigkeit mit der Adresse F und die Spindeldrehzahl mit der Adresse S programmiert. Alternativ können die Technologiewerte auch als Vorschub pro Zahn (f z ) und Schnittgeschwindigkeit (v c ) programmiert werden. C-SFS Video HSC-Fräsvideo 04 Vorschubberechnung Mit Hilfe der Drehzahl und des Vorschubs pro Zahn bestimmen Sie die Vorschubgeschwindigkeit. Abhängigkeit zwischen Durchmesser, Drehzahl und Schnittgeschwindigkeit besprechen. C-SFS Info Schnittdatenrechner 05 Abhängig keit zwischen Zähnezahl und Vorschub besprechen. Beispiele für Hochgeschwindigkeitsfräsen (HSC = en. = high speed cutting) zeigen. Siehe Knowlegde Base.

13 Technologiewerte 30 5 Arbeitsablaufplan erstellen Abhängigkeit der Schnittgeschwindigkeiten von Werkstoff und Schneidstoff besprechen. Unterschiedliche Maßeinheiten besprechen. Rundungsergebnisse begründen. In der Regel wird auf den nächsten glatten Wert abgerundet. Vergleichen Sie Ihre Er geb nisse mit Schnittwerttabellen in Ihren eigenen Fachbüchern oder aus der Vorlage Ihres Lehrers. Beispielrechnung: Mit einem Bohrnutenfräser (Zweischneider) aus HSS Ø = 20 mm soll ein Werkstück aus einer Aluminiumlegierung gefräst werden. Berechnen Sie Drehzahl und Vorschubgeschwindigkeit. v c = Schnittgeschwindigkeit d = Werkzeugdurchmesser n = Drehzahl Drehzahl Vorschubgeschwindigkeit Ausgangsformel: v c = d π n v c n = d π v c = 83 m/min (Herstellerangaben) d = 20 mm n = 83 m 20 mm min π Einheiten anpassen: n = 83 m 1000 mm 20 mm min π 1 m 1 n = 1320,99 min = 1320,99 min 1 n = 1320 min 1 gewählt v f = z f z n z = Zähnezahl f z = Vorschub pro Zahn f z = 0,094 mm/z Herstellerangaben n = Drehzahl v f = 2 0,094 mm 1320 min 1 v f = 248 mm/min 5 47 Arbeitsablaufplan erstellen 04 Beispiele berechnen. Ergebnisse prüfen und besprechen. 05 Hinweis auf weitere Lösungen: Drehzahldiagramm (Tabellenbuch) Schnittdatenrechner in der Knowledge Base Schnittdatenrechner der Steuerung Tabellenbuch

14 48 5 Arbeitsablaufplan erstellen Arbeitsablaufplan 5.2 Arbeitsablaufplan Material auswählen. Erstellen Sie Ihren Arbeitsablaufplan unter Zuhilfenahme des Arbeitsblattes 3 aus der Knowledge Base. Arbeitsablaufplan C-SFS Info Vorlage Arbeitsablaufplan 5 31 Arbeitsschritte verbal und schriftlich formulieren. Lernsituation Benennung Einzelteil: Nr.: Beschreibung der Arbeitsschritte Name: Zeichnungsnummer: Werkzeug Nr.: Datum: Klasse: Blatt: von: Bemerkungen, Bewegung, Koordinaten, etc. Arbeitsablaufplan erstellen Werkzeugreihenfolge für die geplante Anwendung besprechen. Werkzeugplan Werkzg.- Bezeichnung: Werkzeugko rrektur: folge: Länge Radius Übungen Ermitteln Sie n und v f mit Hilfe Ihrer Schnittwerttabelle für verschiedene Fräserdurchmesser (z.b. 3 mm und 4 mm). Bitte Lösungen für den Nadelhalter eintragen für v f, n und d: Drehzahl: s Vorschub: F Schnittgeschwindigkeit v c C-FSL Lösung Arbeitsablaufplan 04 Der Arbeitsablaufplan beschreibt den Fertigungsablauf an der Werkzeugmaschine mit allen Bewegungen in ausformulierter Form. Er ist damit steuerungsneutral und dient als Grundlage für die steuerungsspezifische Programmierung.

15 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 berechnen die Schnittdaten n und v f. Sie nutzen dazu auch rechnergestützte Hilfsmittel (Schnittdatenrechner). Lösung Arbeitsablaufplan Knowledge Base Arbeitsablaufplan erstellen spalte der Schüler Drehzahldiagramm aus Tabellen buch, Seitenzahl, Links zu Schnittdatenrechner. Alternative Vorgehensweisen Schnittdatenrechner aus dem Internet Schnittdatenrechner der Steuerung Zusatzinformationen Video HSC Lösungsblatt Arbeitsablaufplan Schnittdatenrechner B-FSL Lösung Arbeitsablaufplan Beispiele/Übungen/Reflexion Die Schülerinnen und Schüler reflektieren die Bedeutung des Arbeitsablaufplans als absolut notwendige Grundlage für die Programmerstellung. Später wird der Arbeitsablaufplans zunehmend gedanklich (im Kopf) erstellt.