Einflussgrößen beim maschinellen Zerspanen

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1 6 1.1 Technologische Daten und deren Auswirkungen Einflussgrößen beim maschinellen Zerspanen Schneidenradius Eine Werkzeugschneide ohne Schneidenradius (edge radius) würde sehr schnell verschleißen. Deshalb sind die Schneidenecken abgerundet. Beim Schruppen werden Schneidenradien möglichst groß gewählt, wodurch eine stabile Schneidkante erreicht wird. Beim Schruppdrehen liegen sie oft zwischen 1,2 mm und 1,6 mm, wobei der Vorschub f oft bei der Hälfte des Schneidenradius liegt. Beim Schlichten hat der Schneidenradius maßgeblichen Einfluss auf die Oberflächenqualität (Bild 1): Mit größer werdendem Schneidenradius verbessert sich die Oberflächenqualität. Beim Schlichten können die erreichbare Rautiefe (surface roughness) R t (vgl. Kap ) bzw. der erforderliche Vorschub f angenähert nach folgenden Formeln bestimmt werden (Bild 1): R t = f R f = R t 8 R 1000 Beim Schlichtdrehen liegt der Vorschub oft bei einem Drittel des Schneidenradius. 1. Welche Rautiefe wird bei einem Vorschub von 0,25 mm bei einem Schneidenradius von 0,8 mm erreicht? 2. Welcher Vorschub ist einzustellen, wenn eine Rautiefe von 6,3 μm bei einem Schneidenradius von 1,2 mm erzielt werden soll? Verschleiß und Standzeit R t : Rautiefe in mm f: Vorschub in mm R: Schneidenradius in mm Beim Zerspanen hat die Schneide an der Freifläche Kontakt mit dem Werkstück, während der Span über die Spanfläche gleitet (Bild 2). An beiden Stellen entsteht Reibung, die zur Abnutzung der Schneide, d.h. zum Verschleiß (abrasion) führt. Wird der Verschleiß zu groß, kann das Werkzeug seine Aufgabe nicht mehr erfüllen. Zwei wichtige Verschleißarten sind in Bild 3 dargestellt. Beim Schlichten gilt eine Schneide als verschlissen, wenn die geforderte Oberflächengüte nicht mehr erreicht wird. Dabei ist der Freiflächenverschleiß oft die entscheidende Größe. Wenn die Verschleißbreite ein bestimmtes Maß (z.b. 0,2 mm) erreicht hat, ist das Werkzeug zu wechseln. Beim Schruppen muss das Werkzeug z.b. dann gewechselt werden, wenn der Span nicht mehr richtig bricht. Übermäßiger Kolkverschleiß führt zur Schwächung der Schneidkante, sodass die Gefahr des Schneidenbruchs entsteht. 1 Schneidenradius und Oberflächenqualität 2 Verschleiß an Frei- und Spanfläche 3 Freiflächenverschleiß und Kolkverschleiß an der Spanfläche Die Zeit, die eine Schneide ununterbrochen im Einsatz ist, heißt Standzeit. Oft liegt den Angaben für die optimalen Einstellwerte eine Standzeit (endurance) von 15 Minuten zugrunde. Die Vergrößerung der Schnittgeschwindigkeit um 10% senkt z.b. die Standzeit von 15 auf ca. 10 Minuten. Eine Senkung auf 70% der angegebenen Schnittgeschwindigkeit erhöht z.b. die Standzeit auf 60 Minuten. Es ist meist wirtschaftlicher, die Schnittgeschwindigkeit bei abnehmender Standzeit zu steigern, weil damit Fertigungszeiten sinken.

2 2.2 Arbeitsauftrag Arbeitsauftrag Aus einem Rohling von ist die Kegelradwelle aus 20MoCr4 (Seite 15) als Ersatzteil herzustellen. Drehen 1 Kegelradwelle 2 Drehteil Kegelradwelle

3 Spannmittel Drehen Spannen zwischen den Spitzen 1 Spannen mit dem Stirnseitenaufnehmer Beim Spannen mit dem Stirnseitenmitnehmer (frontal area catch) (Bild 1) wird das Drehmoment mit keilförmigen Mitnehmern an der Stirnseite übertragen. Das Werkstück wird radial und axial von Zentrierspitzen geführt. Die Zentrierspitzen sitzen in Zentrierbohrungen (centre bores) (vgl. Seite 17), die vorher am Rohteil angebracht werden. Form und Oberflächenqualität der Zentrierbohrung müssen der Zentrierspitze angepasst sein. Die Qualität der Zentrierbohrungen beeinflusst maßgeblich die zu erreichenden Form- und Lagetoleranzen des Drehteils. Bei der Herstellung der Zentrierbohrungen sind folgende Regeln zu beachten: scharfes Werkzeug hohe Umdrehungsfrequenz niedriger Vorschub und reichliche Kühlschmierung Zum Spannen ist lediglich der Reitstock zu betätigen, wodurch die Spannzeiten niedrig bleiben. Die Spannkraft ist allerdings begrenzt, außerdem bleiben an der Stirnseite des Drehteils Spannmarken zurück. Diese Art der Werkstückspannung ermöglicht gegenüber den anderen Spannungen das Außendrehen über die gesamte Werkstücklänge. In der Reitstockaufnahme befindet sich meist eine mitlaufende Körnerspitze (Bild 2). Um die Längenänderung des Drehteils durch Erwärmung auszugleichen, ist die Körnerspitze oft in Grenzen axial verschiebbar. Häufig übernehmen Tellerfedern diese Funktion. Mit dieser Spannmethode sind bei fachgerechter Arbeitsweise sehr kleine Rundlauftoleranzen (0,01 mm im Dauerbetrieb) zu erreichen (Bild 3). 2 Mitlaufende Körnerspitze Die angegebenen Bereiche sind in der Serienfertigung mit den einzelnen Spannelementen zu erreichen. In der Einzelanfertigung können sie unterschritten werden. 3 Rundlaufabweichungen verschiedener Spannmittel Spanndorn und Spannzange 4 Spanndorn a) kraftbetätigt b) handbetätigt Informationen zur zeichnerischen Darstellung und zu den verschiedenen Formen von Zentrierbohrungen finden Sie auf Seite 17.

4 3.6 Spannen von Werkzeug und Werkstück 55 Zylindrische Aufnahmen (cylindrical retainers) (Seite 54 Bild 1c) sind im Durchmesser sehr eng toleriert. Der Werkzeugschaft, der ebenfalls eng toleriert ist und eine Abflachung besitzt, wird über einen Gewindestift gegen Verdrehen gesichert. Der Rundlauf des Werkzeuges ist besser als bei der Spannzange, weil weniger Bauteile beteiligt sind. Schrumpffutter (shrink chucks) (Bild 1) werden kontrolliert erwärmt, wodurch sich der Innendurchmesser weitet. Nach dem Einsetzen des Werkzeugs kühlt die Werkzeugaufnahme in wenigen Sekunden ab und schrumpft auf den Werkzeugschaft. Die Verbindung garantiert die höchste Rundlaufgenauigkeit, weil keine weiteren Verbindungselemente eingesetzt sind. Ebenso entstehen fast keine Unwuchten, wodurch diese Spannmöglichkeit beim Hochgeschwindigkeitsfräsen vorteilhaft eingesetzt wird. Hydro-Dehnspannfutter (hydraulic expansion toolholder) (Bild 2): Mit einem Sechskantschlüssel wird die Spannschraube (1) bis zum Anschlag eingedreht. Der Spannkolben (2) drückt über ein Dichtelement (3) das Öl in die Dehnkammer (4) und bewirkt einen Druckanstieg. Die dünnwandige Dehnbuchse (5) spannt den Werkzeugschaft (6) sicher und mit hoher Rundlaufgenauigkeit C 57 C 94 C 131 C 168 C 206 C 243 C 280 C 317 C 355 C 1 Temperaturen am Schrumpffutter Fräsen Bei jedem Spannverfahren ist darauf zu achten, dass die Spannflächen von Werkzeug und Werkzeugaufnahme sowie von Arbeitsspindel und Werkzeugaufnahme sauber und gratfrei sind. 2 Hydro-Dehnspannfutter mit Hohlschaftkegel Vergleichen Sie die Werkzeugspannungen im Hinblick auf die Schlussart und die Rundlaufgenauigkeit Spannen der Werkstücke Ist das Werkstück nicht sicher gespannt, wird es im Extremfall aus der Spannvorrichtung gerissen. Schwere Unfälle, Werkzeugbruch und Werkstückbeschädigungen bzw. -bruch können die Folgen sein. Bei unsachgemäßer Spannung (clamping) treten Vibrationen und Schwingungen auf, wodurch schlechte Oberflächenqualitäten und erhöhte Belastungen für Werkzeug und Maschine entstehen. Falsch gespannt Die Zerspankraft wird kraftschlüssig aufgenommen Das Spannmittel muss das Werkstück so aufnehmen, dass die Zerspankraft es nicht verschieben kann. Gleichzeitig darf das Werkstück durch die Spannkräfte nicht beschädigt werden. Zur sicheren Spannung des Werkstücks ist die Größe und Richtung der auf das Werkstück resultierenden Kraft zu beachten. Diese Kraft sollte möglichst formschlüssig aufgenommen werden (Bild 3) Eine Übersicht von Spannelementen ist auf Seite 56 dargestellt. Richtig gespannt Die Zerspankraft wirkt gegen den festen Backen (Formschluss) 3 Falsches und richtiges Spannen des Werkstücks im Maschinenschraubstock

5 7.3 Kostenberechnung Verwaltungs- und Vertriebsgemeinkosten Sie umfassen z.b. Löhne und Gehälter sowie Kosten für Ausstattung und Material in den Abteilungen Verwaltung und Vertrieb Zuschlagskalkulation Die Zuschlagskalkulation wird in Industrie, Handel und Handwerk am häufigsten angewandt, um einen Angebotspreis zu bestimmen. Die Zuschlagssätze ergeben sich aus der Kostensituation des Betriebes. Die Genauigkeit der Kalkulation hängt somit unter anderem auch davon ab, wie sorgfältig von den Fachkräften die Material- und Zeiterfassung durchgeführt wird. Kosten im Betrieb Fertigungslohnkosten FLK 400,00 1 Fertigungsgemeinkosten + FGK + 120% FLK 480,00 1 Fertigungskosten = FK 880,00 1 Materialeinzelkosten MEK 200,00 1 Materialgemeinkosten + MGK + 60% MEK 120,00 1 Materialkosten = MK + 320,00 1 Herstellkosten HK = 1.200,00 1 Verwaltungs- und Vertriebsgemeinkosten VVGK + 40% HK 480,00 1 Selbstkosten SK = 1.680,00 1 Gewinn G + 15% SK 252,00 1 Barverkaufspreis, netto BVP = 1.932,00 1 Bewertung der Zuschlagskalkulation Teure Maschinen und Anlagen (z.b. CNC-Bearbeitungszentren, Beschichtungsanlagen) verursachen besonders hohe Fertigungsgemeinkosten. Bei der Zuschlagskalkulation werden diese dann mit gleichem Prozentsatz auf die Fertigungskosten aller Produkte verrechnet. Das führt dazu, dass Produkte, die nicht auf den teueren Maschinen und Anlagen hergestellt wurden, zu hoch kalkuliert sind. Die Produkte, die auf den teueren Maschinen und Anlagen erstellt wurden, sind demnach zu niedrig kalkuliert. Um das zu vermeiden, werden die Gemeinkosten an den Stellen ermittelt, an denen sie entstehen. An jeder Kostenstelle z. B. CNC-Bearbeitungszentrum, Beschichtungsanlage usw. werden die Fertigungsgemeinkosten den Lohnkosten gegenübergestellt, sodass der spezifische Fertigungsgemeinkostenzuschlag ermittelt werden kann. Dieser wird dann auch nur auf die Produkte aufgeschlagen, die dort gefertigt wurden.

6 Prüftechnik Prüfen von Form- und Lagetoleranzen 1 Rundheitsabweichungen ausgerichtet werden. Die Abweichungen der Winkeligkeit (angularity) und der Exzentrizität 1) (excentricity) werden mit Unterstützung der Software minimiert. Von Hand werden die oberste und die unterste Messstelle angefahren. Nach dem Start des Messzyklus regelt das Messprogramm das Drehen der Kegelradwelle um jeweils 360. Dabei wird die Oberfläche gescannt. Je nach Voreinstellung wird dieser Vorgang in anderen Höhen (Z-Positionen) wiederholt. Das Ergebnis kann als Prüfprotokoll ausgedruckt werden. Bild 1 auf Seite 99 zeigt ein Prüfprotokoll für die insgesamt 6 Messstellen. Die größte Abweichung beträgt 4,033 mm. Sie liegt also deutlich unter den geforderten 10 mm. Die Rundheit der gemessenen Kegelradwelle ist im zulässigen Toleranzbereich. Da jeder Wellenabsatz für sich betrachtet wird, macht die Rundheitsabweichung keine Aussage über Exzentrizitäten der einzelnen Wellenabschnitte. Die Rundheit bezieht sich immer auf die Mantellinie einer Welle. Folglich ist beim Zeichnen darauf zu achten, dass der Toleranzpfeil nicht auf den Maßpfeil der Durchmesserbemaßung trifft. Ein Versatz von mindestens 4 mm ist durch die Norm vorgeschrieben (Bild 3). 2 Rundheitsmessung mit einem Formmessgerät Geprüfte Formtoleranzen sind Einzelaussagen, die nur für die jeweils geprüfte Form gelten. Sie dürfen nicht miteinander verknüpft werden (Unabhängigkeitsprinzip 2) ) Lagetoleranz Die Lage von Geometrieelementen wie z. B. von Lagersitzen auf einer Welle ist für die Funktion von entscheidender Bedeutung. Zu jeder Lagetoleranz (positional tolerance) werden ein Bezugselement und ein toleriertes Element benötigt. Ein Bezugsdreieck und ein Großbruchstabe in einem quadratischen Rahmen kennzeichnen das Bezugselement. 4 Symbole für Bezüge Bei der Kegelradwelle ist die Mittellinie des Lagersitzes 40k6 als Bezugselement A definiert. Weil das Bezugsdreieck auf dem Maßpfeil der Durchmesserangabe steht, ist die Mittellinie das Bezugselement. Bild 5 zeigt eine vereinfachte Technische Zeichnung der Kegelradwelle, die nur die Bemaßung für Form- und Lagetoleranzen enthält. 3 Eintragen der Rundheit 1. Welche geometrischen Formen werden von den Formtoleranzen erfasst? 2. Mit welchem Gerät kann die Ebenheit geprüft werden? 3. Warum dürfen verschiedene Formtoleranzen desselben Werkstücks nicht miteinander in Beziehung gebracht werden? 5 Form- und Lagetoleranzen der Kegelradwelle Um beide Wälzlagersitze zueinander auszurichten, wird eine Koaxialität (coaxiality) (Fluchten von Drehachsen einzelner Wellenabsätze) für beide Achsen definiert. Die Achsen dürfen sich in einem kleinen Zylinder mit dem Durchmesser 0,02 mm befinden, solange jeder Punkt der Achse innerhalb dieses Zylin- 1) Exzentrizität: Abstand vom Mittelpunkt, Außermittigkeit 2) DIN ISO 8015

7 Eisenwerkstoffe Werkstofftechnik Stähle mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,2 und 0,6% können vergütet werden. Sie heißen deshalb Vergütungsstähle (tempering steels). Beispiele: C45: unlegierter Vergütungsstahl für kleine Querschnitte ohne hohe Ansprüche an die Festigkeit wie z.b. Bolzen, Schrauben 25CrMo4: legierter Vergütungsstahl für höher beanspruchte Teile mit größeren Querschnitten wie z.b. Zahnräder, Wellen, Turbinenschaufeln Legierte Stähle insbesondere mit einem Chromanteil bis zu 3,3% und einem Aluminiumanteil bis zu 1,2% eignen sich zum Nitrieren. Sie heißen deshalb Nitrierstähle (nitriding steels). Beispiel: 34CrAlMo5-10: Nitrierstahl für warm- und verschleißfeste Teile wie z.b. Nockenwellen, Kolbenbolzen, Heißdampfarmaturen Getriebeteile aus Einsatzstahl Kurbelwelle aus Vergütungsstahl 1 Stähle für die Wärmebehandlung Ordnen Sie die folgenden Stähle anhand der chemischen Zusammensetzung der entsprechenden Stahlsorte (Einsatzstahl, Vergütungsstahl oder Nitrierstahl) zu: a) 41CrALMo7-10 b) 51CrV4 c) C60 d) C10E e) 16MnCr5 Antriebsnabe Mahlkegel Gusseisenwerkstoffe Stahlguss (cast steel) Als Stahlguss werden in Formen gegossene Stähle bezeichnet. Werkstücke mit komplizierten Formen (Bild 2) können so verhältnismäßig schnell hergestellt werden. Die Tabelle Bild 3 vergleicht die Vor- und Nachteile von Stahlguss und Gusseisen. Gusseisen (cast iron) Gusseisen ist ein Eisenwerkstoff mit über 2,06 und bis ca. 5% Kohlenstoff. Der Kohlenstoff senkt die Schmelztemperatur. Deshalb lassen sich diese Werkstoffe gut gießen. Beim langsamen Abkühlen (slow cooling) lagert sich der Kohlenstoff in Abhängigkeit vom Reinheitsgrad in Form von Lamellen oder Kugeln ab. Verunreinigungen verhindern die Ausbildung von Kugelgrafit. Der Kohlenstoff wird lamellenförmig abgelagert. Magnesium bindet Verunreinigungen. Durch Zugabe von Magnesium wird das Ausscheiden kugelförmigen Grafits auch bei vorhandenen Verunreinigungen ermöglicht. 2 Bauteile aus Stahlguss Stahlguss Gusseisen Schmelztemperaturen ca C ca C Schwindmaß ca. 2% ca. 1% Zugfestigkeit entspricht ca. vergleichsweise der verwendeten niedrig Stahlsorte Druckfestigkeit N/mm 2 über 600 N/mm 2 Wärmebehandlung Glühverfahren Glühverfahren immer erforderlich teilweise erforderlich Herstellungs- hoch niedrig kosten 3 Vergleich von Stahlguss und Gusseisen Turbinenrad Entsprechend wird zwischen Gusseisen mit Lamellengrafit (cast iron with laminar graphite) (Seite 113 Bild 1) und Gusseisen mit Kugelgrafit (cast iron with nodular graphite) (Seite 113 Bild 2) unterschieden.

8 Prozessabhängige Ablaufsteuerung Pneumatik Verriegelung von Signalen Für einen einwandfreien Ablauf der Steuerung ist es notwendig, den Handtaster 1S3 nur kurzzeitig zu betätigen. Bei einem Dauersignal bleibt der Ablauf bei Schritt 3 stehen, da das ankommende Signal von 2S1 blockiert wird. Zylinder 1A1 fährt nicht mehr ein (Bilder 1 und 2). Zur Lösung des Problems (Bild 1 auf Seite 135) muss das Signal von 1S3 verriegelt werden (locking of signals). Dazu ist ein Zweidruckventil (double pressure valve) 1V4 notwendig, das die Signale des Tasters 1S3 und eines zusätzlichen Rolltasters 2S2 miteinander durch ein UND verknüpft. Eine Signaleingabe durch den Taster zeigt nur dann Wirkung, wenn 1S3 UND der Rolltaster 2S2 betätigt werden. 2S2 wird dann betätigt, wenn sich 2A1 in der Grundstellung, d. h. in der vorderen Endlage befindet. Für den weiteren Verlauf der Steuerung hat ein Signal von 1S3 keine Auswirkungen mehr. Ein Signalglied ist verriegelt, wenn trotz Betätigung kein Signal an das Stellglied weitergegeben wird. Schaltungstechnisch geschieht das durch eine UND-Verknüpfung zweier Signalglieder. Eine UND-Verknüpfung kann durch die Verwendung eines Zweidruckventils realisiert werden. Wie kann ohne Verwendung eines Zweidruckventils eine UND-Verknüpfung der Signalglieder 1S3 und 2S2 erfolgen? 1 Zustandsdiagramm Paketwender: Signal von 2S1 wird blockiert 2 Steuerung Paketwender: Signal von 2S1 wird blockiert und Zylinder 1A1 kann nicht ausfahren

9 Übungen Woran erkennen Sie eine NOT-AUS-Befehlseinrichtung und was muss deren Betätigung bewirken? 9. Warum ist in pneumatischen Anlagen ein Stopp-Taster der Kategorie 2 oft sinnvoll? 10. Was ist eine Signalüberschneidung und wie wirkt sie sich aus. Welche Möglichkeiten gibt es, Signale in Ablaufsteuerung abzuschalten? 11. Was ist beim Einbau eines Signalglieds, das durch eine Rolle mit Kipphebel ausgestattet ist, zu beachten? Woran ist im Schaltplan die Betätigungsrichtung zu erkennen? 12. Wie groß darf in einem Rohrleitungssystem für die Druckluftverteilung der Druckabfall höchstens sein? 13. Welche Materialien werden für die flexiblen Schlauchleitungen verwendet? 14. Wozu dienen Nomogramme? 15. Wie groß muss der Rohrdurchmesser der Leitung mindestens sein, wenn sich der Volumenstrom aus dem Beispiel auf Seite 145 um 25 % erhöht, die Rohrleitung um 75 m verlängert und sich weitere zwei T-Stücke und drei Normalkrümmer in der Leitung befinden? 16. Welchen Vorteil hat eine Ringleitung gegenüber der Stichleitung? 17. Welche Unterlagen müssen bei der Übergabe einer Anlage dem Anlagennutzer übergeben werden? 18. Wovon hängt der Luftverbrauch einer Anlage ab? 19. Berechnen Sie den Luftverbrauch eines doppelt wirkenden kolbenstangenlosen Schwerlastzylinders. Der Kolbendruchmesser beträgt 40 mm, die Hublänge 4000 mm. Der Zylinder macht im Betrieb 45 Hübe pro Minute. Projektaufgaben Vorrichtung zum Vereinzeln von Scheiben Die Abbildungen zeigen den Lageplan, das Funktionsdiagramm und den pneumatischen Schaltplan (siehe Seite 152). Magazin mit Werkstücken Zylinder 1A1 schiebt Werkstücke aus Lageplan herausgeschobenes Werkstück (Scheibe) 1S2 Pneumatik 20. Für einen einfach wirkenden Zylinder mit einem Kolbendurchmesser von 25 mm steht ein Volumenstrom von 35 l/min zur Verfügung. Die Anlage wird mit 8 bar betrieben. Die Anzahl der Hübe pro Minute beträgt ca. 30. Wie groß darf der Hub des Zylinders höchstens sein? Überprüfen Sie Ihr Ergebnis mithilfe des Nomogramms auf Seite 150. Funktionsdiagramm

10 Planung, Installation und Inbetriebnahme einer prozessabhängigen Ablaufsteuerung Elektropneumatik zufuhr zur Spule von K1 unterbrochen werden. Abhilfe (Bild 1) schafft ein zweiter Taster S2, der als Öffner wirkt. Dieser kann den Stromkreis und somit die Stromzufuhr zur Spule K1 unterbrechen. Der Zylinder fährt bei seiner Betätigung wieder ein. Werden beide Taster S1 und S2 gleichzeitig betätigt, so dominiert (dominate) der Taster S2, der das gespeicherte Signal von S1 löscht bzw. zurücksetzt. Deshalb spricht man bei dieser Variante der Beschaltung von dominierend AUS. Wahrheitstabelle (truth table) dominierend AUS: S1 S2 K Ändern Sie den Stromlaufplan nun so ab, dass der EIN-Taster S1 dominierend wirkt. Erstellen Sie die dazugehörige Wahrheitstabelle. 1 Dominierend AUS Die Anlage soll im Einzel- und im Dauerzyklus betrieben werden können. Der Einzelzyklus wird mit dem Handtaster S3 gestartet. Der Dauerbetrieb wird mit S4 ein- und mit S5 ausgeschaltet. Die Hubvorrichtung lässt sich nur dann starten, wenn sich beide Zylinder in der hinteren Endlage befinden und der Sensor B3 ein Paket meldet. 2.4 Planung, Installation und Inbetriebnahme einer prozessabhängigen Ablaufsteuerung 1. Erstellen Sie ein Weg-Schritt- und ein Zustandsdiagramm mit den entsprechenden Signalgliedern zum Auslösen der einzelnen Arbeitsschritte. 2. Überprüfen Sie, ob es bei dem Steuerungsablauf zu Signalüberschneidungen kommt Aufgabenbeschreibung mit Randbedingungen und Lageplan Bei einer Hubvorrichtung (Bild 2) fährt zunächst der doppelt wirkende Zylinder 1A1 mit Endlagendämpfung aus und hebt die auf der Rollenbahn ankommenden Pakete auf eine zweite Rollenbahn an. Ein zweiter doppelt wirkender Zylinder 2A1 fährt aus und schiebt das Paket weiter. Nachdem 2A1 die vordere Endlage erreicht hat, fährt 1A1 wieder ein. Ist 1A1 in der hinteren Endlage angelangt, fährt der Zylinder 2A1 ein. Die Ausfahrgeschwindigkeit der beiden Zylinder soll einstellbar sein. Der elektrische Teil der Steuerung ist erst nach Betätigung des Hauptschalters (main switch) S1 betriebsbereit. Die Steuerung soll mit einem NOT-AUS-Taster S2 ausgestattet sein. Bei seiner Betätigung soll die elektrische sowie die pneumatische Energieversorgung unterbrochen werden. 2 Lageplan der Hubvorrichtung für Paketwender

11 3.8 Leitungen und Verbindungen 191 Rohr- Wanddicke in mm Rohr- Wanddicke in mm Außen- (Nennmaß nach DIN EN ) Außen- (Nennmaß nach DIN EN 10220) durch- durchmesser Zulässiger Druck der Anlage p S messer Zulässiger Druck der Anlage p S in mm 100 bar 160 bar 250 bar 315 bar 400 bar 500 bar in mm 100 bar 160 bar 250 bar 315 bar 400 bar 500 bar 4 0,8 1,0 21,3 2,0 2,0 2,6 3,2 3,2 3,2 6 1,0 1,0 1,0 1,0 1,5 1,5 26,9 2,0 2,3 2,6 3,2 3,2 4,0 8 1,0 1,0 1,5 1,5 2,0 2,5 33,7 2,6 2,6 3,6 4,0 4,0 5,0 10 1,0 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 42,4 2,6 2,6 3,6 4,5 5,0 6,3 12 1,0 1,5 2,0 2,0 2,5 3,5 48,3 2,6 3,2 4,0 5,0 5,6 7,1 15 1,5 1,5 2,0 60,3 3,2 4,0 5,6 6,3 7,1 10,0 16 1,5 1,5 2,5 3,0 3,5 4,5 76,1 3,6 5,0 6,3 7,1 8,8 11,0 18 1,5 2,0 2,5 88,9 4,5 8,0 8,8 14,2 20 1,5 2,0 3,0 3,5 4,5 5,5 101,6 5,0 6,3 8,8 10,0 12,5 22 1,5 2,0 3,0 114,3 5,6 8,0 8,8 11,0 17,5 25 2,0 2,5 3,5 4,5 5,5 7,0 139,7 10,0 12,5 13,6 17,5 20,0 28 2,0 2,5 4,0 152,4 11,0 16,0 20,0 30 2,0 3,0 4,0 5,0 7,0 8,0 168,3 12,0 14,2 25,0 35 2,5 3,5 177,8 14,2 17,5 38 3,0 4,0 5,0 7,0 8,0 10,0 193,7 17,5 20,0 42 3,0 4,0 219,1 14,2 22,2 28,0 32,2 50 4,0 5,0 7,0 9,0 11,0 13,0 273,0 20,0 28,0 40,1 Hydraulik 1 Zulässige Anlagendrücke in Stahlrohren bei schwellender Belastung nach DIN : und DIN : (Auszug) Verschraubungen (connections) verbinden Rohre untereinander bzw. Rohre mit dem Hydraulikbauteil. Verschraubungen gibt es in den unterschiedlichsten Varianten (Bild 2) und Abmessungen. Die Abdichtung zwischen Rohr und Verschraubung kann dabei auf verschiedene Arten erreicht werden (Bild 3). Sehr oft erfolgt die Verbindung durch eine Schneidringverbindung (Bild 3a). Beim Anziehen der Überwurfmutter wird der gehärtete Schneidring gegen den Innenkonus des Anschlussstutzens geschoben. Gleichzeitig drückt sich der Schneidring in das weichere Material des Rohres ein und dichtet die Verbindung ab. Auf Zugkräfte wirkt der Schneidring als Widerhaken und verhindert so ein Herausrutschen des Rohres bei äußerer Krafteinwirkung. Zur Sicherstellung einer qualitativ hochwertigen Verbindung erfolgt oft eine Vormontage auf gehärteten Vormontagestutzen. DIN beschreibt die einzelnen Schritte zur Herstellung einer fachgerechten Schneidringverbindung (Seite 191). 2 Rohrverschraubungen Winkelverschraubung gerade Verschraubung Schwenkverschraubungen T-Verschraubung a) Schneidringverschraubung b) Bördelverschraubung c) Dichtkegelverschraubung 3 Rohrverschraubungen (Auswahl)

12 Darstellung von Wälzlagern Wälzlager Wälzlager lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Kugellager (ball bearings) z.b. Rillenkugellager (einreihig) Rollenlager (roller bearings) z.b. Zylinderrollenlager (einreihig) Sie besitzen theoretisch eine punktförmige Berührfläche zwischen Kugel und Laufbahn. In der Praxis existiert aufgrund der elastischen Verformung der Bauteile eine kleine, fast kreisförmige Berührfläche. Im Normalfall können Wälzlager bis 100 C ohne besondere Maßnahmen betrieben werden. Wird diese Temperatur überschritten, kann das Lager bei Verwendung eines entsprechenden Schmierstoffs bis 120 C eingesetzt werden. Darüber hinausgehende Temperaturen verursachen eine allmähliche Gefügeumwandlung des Wälzlagerstahles 1). Das Wälzlager besitzt dann nicht mehr die erforderliche Härte. Die Folge ist eine geringere Lebensdauer. 3.2 Darstellung von Wälzlagern Wälzlager werden in Gruppen- und Gesamtzeichnungen meist im Vollschnitt dargestellt (Bild 1). Auf der linken Lagerstelle sind zwei Kegelrollenlager in O-Anordnung dargestellt (siehe Kap ). Die rechte Lagerdarstellung zeigt ein einreihiges Zylinderrollenlager. Da es sich systemtechnisch jeweils um ein Bauteil handelt, bekommen der Innen- und Außenring im Einbauzustand eine gleichsinnige Schraffur (Seite 219 Bild 2). Für geteilte Lager ist eine gegensinnig verlaufende Schraffur möglich (z.b. Kegelrollenlager). Eine gegensinnige Schraffur des Lagerinnen- und Außenringes erhalten Wälzlager 2), die als Baugruppe bestehend aus Einzelteilen dargestellt sind. Neben der Darstellung (representation) von Wälzlagern im Vollschnitt ist auch eine vereinfachte Darstellung zeichnerisch möglich (Bild 2). Die Bezeichnungen der Wälzlager sind nach DIN genormt (Bild 3). Jede Wälzlagerart hat ihre eigene Normnummer, gefolgt von Vorsetzzeichen, Basiskennzeichnung und Nachsetzzeichen. 2 Vereinfachte Darstellung eines Rillenkugellagers bzw. Radial-Wellendichtrings Sie besitzen theoretisch eine linienförmige Berührfläche zwischen Rolle und Laufbahn. In der Praxis existiert aufgrund der elastischen Verformung der Bauteile eine kleine, fast rechteckige Berührfläche. Lager dieser Gruppe können im Allgemeinen höhere Belastungen aufnehmen als Kugellager. 1 Wälzlagerdarstellung als Vollschnitt in einer Gesamtzeichnung 3 Basiskennzeichen von Wälzlagern Vor- und Nachsetzzeichen können weggelassen werden. Beispiel: Kegelrollenlager DIN Das Basiskennzeichen setzt sich folgendermaßen zusammen: 3 Lagerart (bearing type) (hier 3 für Kegelrollenlager) 0 Breitenreihe (width series) 3 Durchmesserreihe (diameter series) 12 Bohrungskennzahl (bore code) (hier mm) 1) Nur speziell wärmebehandelte Lager sind für höhere Temperaturen (bis 350 C) ausgelegt. 2) z.b. in Wälzlagerkatalogen

13 Dichtungsarten Wellendichtungen 5 Wellendichtungen 5.1 Dichtungsarten Dichtungen (seals) haben allgemein die Aufgaben: Schmierstoffe (lubricants) am Austreten aus dem Gehäuse zu hindern Verunreinigungen (contaminations) nicht in ein Gehäuse eindringen zu lassen (Bild 1) ggf. Flüssigkeiten (fluids) oder Gase (gases) voneinander zu trennen Druckunterschieden (differences of pressure) standzuhalten 1 Aufgaben von Dichtungen am Beispiel eines Radial-Wellendichtrings Statische Dichtungen Flachdichtung Berührungsdichtungen Längsbewegung Dynamische Dichtungen Drehbewegung Berührungslose Dichtungen Stopfbuchse Stopfbuchse Spaltdichtung O-Ring-Dichtung Kolbenring Radial-Wellendichtring Labyrinthdichtung Stoffschlüssige Dichtungen (z.b. Klebstoffdichtung) Dichtungsmasse (z.b. Kitt) Usit-Ring Faltenbalg V-Dichtring 2 Dichtungsarten

14 242 7 Planen einer Montage (Bohrspindel) Planen einer Montage (Bohrspindel) 1 Gesamtzeichnung 2 Stückliste Damit die Fachkraft solch einen Montageplan (assembly instruction) erstellen kann, muss sie sich vollständig über die Funktion der zu montierenden Baueinheit im Klaren sein. Eine Analyse der Funktion(en) ist dazu erforderlich.

15 Baueinheiten Aufbau von CNC-Maschinen Wegmesssysteme Jede Achse einer CNC-Maschine benötigt ein eigenes Wegmesssystem, das dem jeweiligen Lageregler die Istposition des Schlittens meldet. Bei der direkten Wegmessung wird der zurückgelegte Weg direkt gemessen (Bilder 1 und 2). Die indirekte Wegmessung schließt vom Drehwinkel unter Berücksichtigung der Spindelsteigung auf den zurückgelegten Weg (Bilder 3 und 4). 2 Direktes Wegmesssystem 1 Direkte Wegmessung 3 Indirekte Wegmessung Abtastkopf Bei den meisten Werkzeugmaschinen erfolgt die Wegmessung fotoelektronisch (Seite 267 Bild 1). Dabei bewegt sich ein Glasmaßstab durch einen Abtastkopf. Eine Lichtquelle sendet Strahlen durch die Abtastplatte und den Glasmaßstab mit Strichteilung. Die Striche bzw. die Lücken besitzen meist einen Breite von 20 mm. Die Fotoelemente empfangen die Lichtstrahlen. Die fotoelektronische Verstärkung sorgt dafür, dass das Wegmesssystem digitale Impulse an den Lageregler sendet. Der Lageregler addiert die einzelnen Impulse unter Berücksichtigung der Verfahrrichtung. Je nach Ausführung des Systems lassen sich Messschritte von 1 mm bis 0,1 mm erfassen. Ein einzelner Zählimpuls wird als Inkrement (Zuwachs) bezeichnet, das Messverfahren dementsprechend als inkrementale Wegmessung. Nach dem Einschalten der Maschine liegt bei inkrementalen Messsystemen meist keine Information über die Istposition des Schlittens vor. Dann muss der Referenzpunkt des Wegmesssystems Antriebswelle (vgl. Kap. 3.6) angefahren werden. Das untere Fotoelement in Bild 1 auf Seite 267 erfasst die Lage des Referenzpunkts auf dem Glasgittermaßstab. 4 Indirektes Wegmesssystem

16 3.1 Arbeitsplanung Aufspannung: Spannmittel: Dreibackenfutter mit harten Backen Werkzeuge T1 R0,8 k = 95 e = 80 P25 Bearbeitungsschritte Querplandrehen der ersten Stirnfläche v c = 220 m/min f = 0,2 mm T1 Schruppen der Absätze mit 0,5 mm Aufmaß R0,8 im Durchmesser, k = 95 0,2 mm Aufmaß in axialer Richtung e = 80 v c = 220 m/min P25 f = 0,3 mm a p = 4 mm CNC-Drehen T2 R0,8 k = 93 e = 55 P25 Schlichten der ersten Seite v c = 250 m/min f = 0,15 mm T3 P25 Gewindeschneiden n = 800/min f = 2 mm 2. Aufspannung: Spannmittel: Dreibackenfutter mit auf 35 mm ausgedrehten weichen Backen T1 R0,8 k = 95 e = 80 P25 Querplandrehen der zweiten Stirnfläche v c = 220 m/min f = 0,2 mm T1 Schruppen der Absätze mit 0,5 mm Aufmaß R0,8 im Durchmesser, k = 95 0,2 mm Aufmaß in axialer Richtung e = 80 v c = 220 m/min P25 f = 0,3 mm a p = 4 mm T2 R0,8 k = 93 e = 55 P25 Schlichten der zweiten Seite v c = 250 m/min f = 0,15 mm

17 4.3 CAD-CAM CAD-CAM Das im CAD-System modellierte Lagergehäuse (Bild 1) wird mit dem Rohteil in ein NC-Modul übernommen. In der Aufspannsituation (Bild 2) sind das fertige Lagergehäuse, der transparente Rohling und der vom Anwender definierte Werkstücknullpunkt zu erkennen. Wie bei der manuellen Programmierung muss die Fachkraft die Bearbeitungsschritte planen (rechts im Bild 3). Sie wählt z.b. das Fräsverfahren (Schruppen oder Schlichten) aus, ordnet das Werkzeug dem Bearbeitungsschritt zu und legt die technologischen Daten (Schnittgeschwindigkeit, Vorschub pro Zahn) fest. Anschließend klickt sie am Fertigteil den zu bearbeitenden Bereich an. Die Software ermittelt daraufhin die Umdrehungsfrequenz der Arbeitsspindel und die Vorschubgeschwindigkeit. Aus der Differenz von Rohling und Fertigteil berechnet sie alle nötigen Verfahrbewegungen des Werkzeugs. Mithilfe einer grafischen Simulation kann der Anwender das Ergebnis überprüfen (links im Bild 3). 1 Im CAD-System modelliertes Lagergehäuse CNC-Fräsen Im Gegensatz zur manuellen Programmierung muss der Anwender bei der CAD-CAM-Programmierung keine Geometrieinformationen eingeben. Sie liegen durch die CAD-Daten vor. Ändern sich z.b. am Rohteil die Maße für einen Bereich oder kommt ein Werkzeug mit einem anderen Durchmesser zum Einsatz, zeigt die Software an, dass der Datenstand nicht mehr aktuell ist. Meist reicht dann ein Klick des Anwenders am entsprechenden Menüpunkt aus, um die Daten auf den neuesten Stand zu bringen. Die von der NC-Software zunächst gelieferten Informationen sind steuerungsneutral. Ein Postprozessor (postprocessor) wandelt die steuerungsneutralen Informationen in das spezielle Satzformat der CNC-Maschine um, auf der das Werkstück hergestellt wird. Der Programmausschnitt im Bild 1 auf der folgenden Seite stellt den Programmteil für das Planfräsen des Lagergehäuses dar. Das steuerungsspezifische Programm wird dann an die CNC-Maschinen übertragen und dort abgearbeitet. Die Fachkräfte an den CNC-Maschinen richten die Maschinen ein, überwachen den Zerpanungsprozess und optimieren die Programme. Teilweise stehen auch die Rechner mit der NC-Software direkt neben der Werkzeugmaschine, sodass die Fachkraft einerseits die CNC-Programme erstellt und andererseits auch die Maschinenbedienung vornimmt. 2 Aufspannsituation für Lagergehäuse 3 Reihenfolge der Bearbeitungsschritte mit grafischer Simulation

18 Störungsbedingte Instandsetzung Instandsetzungsstrategien Arbeitsschritte bei einer störungsbedingten Instandsetzung Störungsdiagnose (malfunction diagnostics) Bei der Tischbohrmaschine (Bild 1) stellt der Bediener fest, dass der Hebel für die Drehfrequenzänderung klemmt, d. h., die Bohrspindel dreht sich nur mit einer Umdrehungsfrequenz (rotational speed). Der IST-Zustand stimmt mit dem SOLL-Zustand nicht überein (Seite 327 Bild 1). Eine Störung wurde diagnostiziert. Um mit der Bohrmaschine weiterhin fachgerecht und wirtschaftlich produzieren zu können, muss sie instandgesetzt werden. Dadurch steigt auch die Verfügbarkeit (availability) (siehe Lernfeld 4) der Bohrmaschine. Der Fehler muss gesucht, gefunden und behoben werden. Anschließend wird die Tischbohrmaschine wieder in Betrieb genommen. Dabei wird zum einen die Funktionsfähigkeit getestet und zum Anderen die Fertigungsqualität der Testbohrungen überprüft. Wenn die Funktionskontrolle erfolgreich verlaufen ist und eine Genehmigung für die Wiederinbetriebnahme vorliegt, kann mit der Bohrmaschine erneut produziert werden. Um künftig mögliche Störungen zu vermeiden, muss während des Betriebs und z.b. im Rahmen einer Inspektion (inspection) (vgl. Lernfeld 4) fortlaufend ein SOLL-IST-Vergleich stattfinden. 1 Tischbohrmaschine Hebel für Änderung der Umdrehungsfrequenz klemmt Fehlersuche (error diagnostics) Das Fehlermerkmal (error characteristics) Hebel klemmt/änderung der Umdrehungsfrequenz nicht möglich verweist hier auf eine mechanische Störung (Seite 328 Bild 1). Die für die Instandsetzung zuständige Fachkraft analysiert deshalb zunächst die Gesamtzeichnung der Bohrmaschine (Seite 331 Bild 1). Analyse der Gesamtzeichnung Gesamtzeichnungen (assembly drawings) enthalten viele Informationen wie z.b. die Funktion (function) eines Geräts (device) die Lage (position) und Funktion von Gruppen (subassemblies) und Einzelteilen Montagehinweise (mounting instructions) und Demontagehinweise (demounting instructions) Wartungs- (maintenance instructions) und Instandhaltungshinweise (service and maintenance instructions) als Ersatzteilzeichnungen (spare part drawings) die Benennung von Gruppen und Verschleißteilen Die Fachkraft muss durch richtige Herangehensweise die für sie erforderlichen Informationen herausfiltern. Sie muss mit einer konkreten Fragestellung, die sich aus dem Arbeitsauftrag ergibt, an die Zeichnung herangehen. Dazu muss sie die prinzipiellen Funktionszusammenhänge verstanden haben. Der Arbeitsauftrag lautet hier: An der Bohrmaschine klemmt der Hebel für die Verstellung der Umdrehungsfrequenz. Welche Ursachen sind dafür verantwortlich? Beheben Sie den Fehler. 1. Beschreiben Sie den Energiefluss zur Erzeugung der Schnittgeschwindigkeit vom Motor bis zur Bohrspindel. 2. Erstellen Sie nach nebenstehendem Beispiel eine Skizze für den Antrieb zwischen Motor und Bohrspindel. Tragen Sie die Drehrichtungen ein. Achten Sie dabei auf die richtige Drehbewegung der Bohrspindel. Tragen Sie die Umdrehungsfrequenzen n 1, n 2, n 3 und n 4 ein (Seite 331 Bild 1). In Bild 2 ist die Breitkeilriemenverbindung zwischen Welle A und Welle B dargestellt. Welle B 2 Breitkeilriemenverbindung Welle A

19 Schmierstoffauswahl Schmierstoffe Kennwerte von Schmierölen und Kühlschmierstoffen Viskosität (viscosity) Die Viskosität beschreibt das Fließverhalten (die Zähigkeit) von Flüssigkeiten. Öle mit einer niedrigen Viskosität sind dünnflüssig. Sie sind durch eine niedrige Viskositätsklasse VG gekennzeichnet. Die Viskosität beeinflusst insbesondere den Schmierfilm. Ist die Viskosität zu gering, kann ein Schmierfilm gar nicht erst entstehen oder er reißt auf. Ist die Viskosität zu hoch, gelangt das Schmieröl nicht an die erforderlichen Schmierstellen. Bei Mineralölen hängt die Viskosität von der Temperatur ab (Bild 1). Daher ist das Viskositäts-Temperatur-Verhalten besonders bei technischen Systemen mit unterschiedlichen Betriebstemperaturen bedeutsam. Ein Mineröl wird demnach so ausgewählt: Bei niedrigen Temperaturen muss es hinreichend dünnflüssig sein. Dadurch wird ein einwandfreies Anfahren der Maschine ermöglicht. Bei hohen Temperaturen muss das Schmieröl noch genügend Viskosität haben, damit der Schmierfilm nicht abreißt. Die Abhängigkeit der Viskosität von der Temperatur führte zur Entwicklung synthetischer Schmierstoffe. Synthetische Schmierstoffe haben ein gleichmäßigeres Viskositäts-Temperatur-Verhalten. Sie werden daher besonders bei extrem schwankenden Betriebstemperaturen eingesetzt. Im Vergleich zu Mineralölen sind synthetische Schmieröle teuerer. Bei Mineralölen gilt: Je höher die Temperatur, desto geringer die Viskosität. Synthetische Schmieröle werden überwiegend bei schwankenden Betriebstemperaturen eingesetzt. 1 Viskositäts-Temperatur-Verhalten von Minerölen Schmieröl nach CLP 68 CLP 220 CLP 1000 DIN 5102 Viskositätsklasse ISO VG 68 ISO VG 220 ISO VG 1000 Minimale kinema- 61,2 mm 2 /s 198 mm 2 /s 900 mm 2 /s tische Viskosität bei 40 C Maximale kinema- 74,8 mm 2 /s 242 mm 2 /s 1100 mm 2 /s tische Viskosität bei 40 C Pourpoint 12 C 9 C 3 C Flammpunkt 180 C 200 C 200 C Anwendungs- Getriebe Gleitbahnen Bei Schneckenbeispiele getrieben mit sehr hoher Umdrehungsfrequenz 2 Kennwerte von Schmierölen Pourpoint (pour point) Der Pourpoint ist die Temperatur, bei der ein Schmieröl eben noch fließt. Flammpunkt (flashpoint) Der Flammpunkt ist die Temperatur, bei der sich an der Schmieröloberfläche entzündbare Gase bilden. Die Schmieröle werden entsprechend ihres Flammpunktes in Gefahrenklassen eingeteilt Kennwerte von Schmierfetten Bei Wälzlagern können Schmierfette anstelle von Schmierölen verwendet (Bild 3). Diese haben den Vorteil, dass sie nicht von der Lagerstelle wegfließen. Zusätzlich haften Schmierfette an der Schmierstelle und verhindern so das Eindringen von Wasser oder Verunreinigungen. 3 Eingefettetes Wälzlager

20 366 7 Operating Manual Change Driving Belt Operating Manual Change Driving Belt B A Change Driving Belt Change the broad vee belt Turn spindle on and set the highest rotational speed. Turn spindle off, Set main switch to 0 and secure against accidental starting of spindle. Remove cowl. Make sure pulleys are not rotating then carefully set the lowest rotational speed. The belt is loose.! Danger: Keep hands from between the belt pulleys. Remove the broad vee belt first from the from pulley B, then from the motor pulley A. Put the new broad vee belt first on the motor pulley A, then on pulley B. Advice: Rotate the pulley manually. Replace the cowl. Tighten the fixing bolt. Change the Poly-V-belt Remove the broad vee belt as described above, Loosen the locknuts 1, Loosen the clamping screws 2, Loosen the fixing bolts 3, The belt is now loose.! Danger: Keep hands from between the belt pulleys. C B Remove the Poly-V-belt first from pulley B, then from the spindle pulley C. Put the new Poly-V-belt first on the spindle pulley C, then on pulley B.

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