LV Fertigungstechnisches Praktikum ZAT 1: Zerspantechnik / Grundlagen

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1 Fakultät Maschinenwesen Institut für Formgebende Fertigungstechnik rbeitsgruppe Produktionsautomatisierung, Zerspan- und btragtechnik Technische Universität Dresden, Dresden Name: Matrikel-Nr.: bgabeort: Briefkasten Zeuner 245 Vorname: Übungsleiter: bgabetermin: 2 Wochen nach der Übung LV Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1: Zerspantechnik / Grundlagen ufgabe Nr.: I. ufgabenstellung Die in der Skizze (Bild 1) dargestellte Welle aus Stahl C45 ist auf einer Drehmaschine (Spannung Futter/Spitze) mit einem Schnitt (Schruppen) vom usgangsdurchmesser 100 mm auf den Durchmesser 90 mm über die gesamte Länge zu überdrehen. Unter Beachtung folgender Randbedingungen günstige Spanformen zulässige Rautiefe R z zul (Wert siehe Tabelle) Werkzeugstandzeit T 60min ist bei der Bearbeitung eine minimale Hauptzeit (hohe Produktivität) anzustreben. II. Gegeben ußer den in Skizze, ufgabenstellung und ufgabentext enthaltenen Informationen liegen folgende Unterlagen bzw. ngaben vor: Diagramme für die Fertigungsvorbereitung Spanformdiagramm Theoretische Rautiefe Standzeitdiagramm Spezifische Kräfte beim Zerspanen Die eingesetzte Drehmaschine gestattet die stufenlose Einstellung der Drehzahl und des Vorschubes in den Bereichen n = 140 bis 2800 min -1 und f = 0,1 bis 2,5 mm Eingesetzter Drehmeißel Klemmhalter DIN 4984 (Einstellwinkel r siehe Tabelle) bestückt mit quadratischer Wendeschneidplatte (Eckenradius r siehe Tabelle) mit Spanbrecher auf der Spanfläche Schneidwerkstoff: Hartmetall P10 Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 1 (8) TU Dresden, IFF, PZT

2 Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1 Zerspantechnik / Grundlagen ufgabe R z zul [μm] r [ o ] r [mm] 0,4 0,4 0,4 0,8 0,8 0,8 1,2 1,2 1,2 0,4 0,4 0,4 0,8 0,8 0,8 1,2 1,2 1,2 Tabelle: Werte für die verschiedenen ufgaben III. Gesucht 1. Kennzeichnen Sie in den Darstellungen Bild 1-4 folgende Begriffe: Kinematik: v c, v f, rbeitsebene Eingriffs-, Vorschub- und Spanungsgrößen: a p, f, r, b, h, Flächen, Schneiden, Werkzeug-Bezugssystem und Werkzeugwinkel:,, S, S, r P r, P o, P s, o, o, o, s, r, r, r Komponenten der Zerspankraft F: F c, F f, F p. 2. Berechnen bzw. ermitteln Sie unter Nutzung der vorgegebenen Diagramme: 2.1. den maximal zulässigen Vorschub f unter Beachtung der vorgegebenen Randbedingungen günstige Spanformen und zulässige Rautiefe die Schnittgeschwindigkeit v c, einzustellende Drehzahl n und Vorschubgeschwindigkeit v f unter Beachtung des maximal zulässigen Vorschubes und der vorgegebenen Standzeit. Hinweis: Bei Standzeitberechnungen wird mit der maximalen Schnittgeschwindigkeit (am großen Durchmesser) gerechnet die Hauptzeit t h und Zeitspanungsvolumen Q in min bzw. cm³/min. Für Vor- und Überlauf sind je 3 mm zu berücksichtigen. Das Zeitspanungsvolumen Q ist exakt (mit Schnittgeschwindigkeit am mittleren Durchmesser) und als Näherung (mit maximaler Schnittgeschwindigkeit) zu berechnen. Wie groß ist der %-Fehler? falsch richtig Hinweis: Fehler = 100% richtig 2.4. die Erforderliche nzahl von Wendeschneidplatten für das Überdrehen von 500 Wellen. Hinweise: Die im Beispiel eingesetzte Wendeschneidplatte hat 4 Schneiden. Der Unterschied zwischen Schnittzeit t c und Hauptzeit t h soll beachtet werden die Zerspankraft F und deren Komponenten Schnittkraft F c, Vorschubkraft F f und Passivkraft F p in N. Hinweis: Es gilt K i = 1, d. h. ohne Berücksichtigung von Korrekturfaktoren. Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 2 (8) TU Dresden, IFF, PZT

3 Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1 Zerspantechnik / Grundlagen 2.6. die Schnittenergie E c, Vorschubenergie E f und Wirkenergie E e in Nm. Die Schnittenergie E c, ist exakt (mit Schnittweg am Kraftangriffspunkt) zu berechnen. Bestimmen Sie die %-nteile von E c und E f an E e! 2.7. die Spezifische Schnittenergie e c in J / cm die Schnittleistung P c, Vorschubleistung P f und Wirkleistung P e in kw. Die Schnittleistung P c ist exakt (mit Schnittgeschwindigkeit am Kraftangriffspunkt) und als Näherung (mit maximaler Schnittgeschwindigkeit) zu berechnen. Wie groß ist der %-Fehler? Bestimmen Sie die %-nteile von P c exakt und P f exakt an P e exakt! 2.9. die erforderliche Motorleistung P MOT, die der vor dem Haupt- und Vorschubgetriebe liegende Motor (bei Einmotorenantrieb der Werkzeugmaschine) abgeben muss. Hinweise: Wegen P f << P c und zur Sicherheit wird die mit v max berechnete Schnittleistung zugrunde gelegt. mechanischer Wirkungsgrad der Werkzeugmaschine WZM = 0, den erforderlichen genormten Schaftquerschnitt des Drehmeißels (quadratisch a x a) unter der Bedingung, dass für die Durchbiegung des Drehmeißels in Schnittrichtung unter dem Einfluss der Schnittkraft F c ein maximaler Wert von v zul = 0,05 mm zugelassen wird. Hinweise: einseitig eingespannter Träger 3 F Durchbiegung c * l v zul 3 * E * I 5 Elastizitätsmodul von Stahl E 2,1 10 N/ mm² 4 a Trägheitsmoment I [mm 4 ] 12 genormte quadratische Schaftquerschnitte nach DIN x10; 12x12; 16x16; 20x20; 25x25 (in mm) die maximal mögliche Temperatur des Spanes Es ist von der nnahme auszugehen, dass die gesamte Wirkenergie in Wärme umgewandelt und 80% davon im Span abgeführt wird. Hinweise: Wegen E f << E c wird nur der nteil von E c in die Berechnung einbezogen. Dichte von Stahl = 7,9 g/cm³ Raumtemperatur Raum = 20 C mittlere spezifische Wärmekapazität von Stahl 600 c m 0,57 kj kgk 0 o Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 3 (8) TU Dresden, IFF, PZT

4 Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1 Zerspantechnik / Grundlagen Welle (Werkstück) Spitze n Drehfutter Bild 1: Grafische Darstellung der Bearbeitungsaufgabe WZ P r P r WZ Bild 2: Geometrische und Technologische Größen am Drehwerkzeug Darstellung in der Werkzeug-Bezugsebene P r Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 4 (8) TU Dresden, IFF, PZT

5 Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1 Zerspantechnik / Grundlagen P o P S - Bild 3: Geometrische und Technologische Größen am Drehwerkzeug Darstellung in der Werkzeug-Orthogonalebene P o und der Werkzeug- Schneidenebene P s Drehmeißel (Werkzeug) 25 Werkzeugschlitten (Support) Bild 4: Kräfte am betrachteten Schneidenpunkt Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 5 (8) TU Dresden, IFF, PZT

6 Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1 Zerspantechnik / Grundlagen 1,0 0,9 0,8 Bandspäne Bröckelspäne Spanbruchstücke Vorschub f [mm] 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 Bereich günstiger Spanformen Lange Wendelspäne 0,2 0,1 0,0 Wirrspäne Schnitttiefe a p [mm] Bild 5: Spanformdiagramm, gültig mit folgenden Randbedingungen: Drehmeißel, bestückt mit einer WSP mit definierter Schneidteil- und Spanbrechergeometrie Werkstoff: C45; Schnittgeschwindigkeit: v c = m / min Theoretische Rauhtiefe R z th [m] ,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 r = 0,4 mm Vorschub f [mm] r = 0,8 mm r = 1,2 mm Bild 6: Diagramm Theoretische Rautiefe 2 f RZ th f f, r R Z th 8 * r f 8 * r * zul R zzul Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 6 (8) TU Dresden, IFF, PZT

7 Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1 Zerspantechnik / Grundlagen spezifische Schnittkraft k c [N/mm 2 ] spezifische Vorschubkraft k f [N/mm 2 ] spezifische Passikraft k p [N/mm 2 ] k c k f k p tan c = IK 2c I tan f = IK 2f I tan p = IK 2p I c f p 140 0,08 0,1 0,2 0,3 0,5 0,8 1,0 2,0 Spanungsdicke h [mm] Bild 7: Diagramm Spezifische Kräfte beim Zerspanen mit den Randbedingungen: O = 6 o ; S = 0 o ; v c = m / min und arbeitsscharfe Schneide Werkstoff: C45 K2c k K * h k k c f p 1c K 2c 0, 14 K 2 f K1 f * h K 2 f 0, 68 K 2 p K1p * h K 2 p 0, 48 K K K N mm 1c K 2c 1 f 343 2K2 f mm N 1p 263 2K2 p mm N Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 7 (8) TU Dresden, IFF, PZT

8 Fertigungstechnisches Praktikum ZT 1 Zerspantechnik / Grundlagen Standzeit T VB 0,8 [min] f = 0,25 mm f = 0,4 mm f = 0,63 mm f = 1,0 mm v c Schnittgeschwindigkeit v c [m/min] Bild 8: T Standzeitdiagramm, gültig mit den Randbedingungen: Werkstoff: C45; Schneidstoff: P10 T = f (v c ; f); Schnitttiefe a p = 5,0 mm; zulässige Verschleißmarkenbreite v B = 0,8 mm 3 * vc * f * v c 2 * f min m * mm ,84* ,25 4 2, 1 tan c v 2 Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil.. Nestler Seite 8 (8) TU Dresden, IFF, PZT

9 Nicht fertigungsgerechte Zeichnung Bundbolzen 0,01 49,5 +0,2 11,7 0,1 R3 8 0,1 10 h7 R z 12,5 2x45 o 32 h5 R z 0,8 32 0,3 24 h7 R z 6,3 M 14 x ,1 8 P9 10 0, , ,2 R z 20 ( ) Rund 50 x 140 DIN 1013 C Fertigungstechnik I Übung Gestalten Dipl.-Ing. J. Hoffmann Folie 1

10 Getriebegehäuse Gusseisen DIN 1691 GG H7 M 10 fertigungstechnisch ungünstige Gestaltung 60 K6 60 K K Fertigungstechnik I Übung Gestalten Dipl.-Ing. J. Hoffmann Folie 2

11 Überarbeitete Zeichnung Bundbolzen 3x45 o 10 0,1 0,01 Freistich (E, F) R z 0,8 Gewindefreistich Zentrierbohrung (B) Freistich DIN 509 F 0,6 x 0,3 Freistich DIN 509 E 0,6 x 0,3 Gewindefreistich DIN , ,1 10 h7 32 h5 R z 0,8 24 h7 R z 6,3 M14x1 8 P9 8 +0, , , ,1 4 +0, , ,2 DIN 332 B 2,5 x 5,3 Rund 50 x 140 DIN C Fertigungstechnik I Übung Gestalten Folie 3 Maße ohne Toleranzangabe Dipl.-Ing. J. Hoffmann nach DIN mittel

12 Getriebegehäuse Bohrstange Stützlager Deckel Fertigungstechnik I Übung Gestalten Dipl.-Ing. J. Hoffmann Folie 4

13 Zentrierbohrungen nach DIN 332 d 1 d 2 60 o B d 1 d 2 60 o 120 o Form Form Standardform Standardform Form Form B mit mit kegelförmiger kegelförmiger Schutzsenkung Schutzsenkung Form Form C mit mit kegelstumpfförmigeförmiger kegelstumpf- Schutzsenkung Schutzsenkung Form Form R gewölbte gewölbte Laufflächen Laufflächen DIN 332-4x8,5 DIN 332-4x8,5 DIN 332-4x8,5 muß... darf... darf nicht Fertigungstechnik I Übung Gestalten Folie 5 Dipl.-Ing. J. Hoffmann... am Fertigteil verbleiben

14 Herstellung einer Passfedernut v f L I II v f L Schaftfräser Scheibenfräser Pendelfräsen mit stufenweiser Tiefenzustellung oder spezieller Bohrnutenfräser Beachtung: ungehinderter Werkzeugzugang und Kollision III v f L Tauchfräsen mit mit Schlitzfräser DIN 850 oder Schwenkräumen Scheibenfeder DIN Fertigungstechnik I Übung Gestalten Dipl.-Ing. J. Hoffmann Folie 6

15 Freistiche für rotationssymmetrische Werkstücke E F Bearbeitungszugabe R R Form E Für Werkstücke mit einer Bearbeitungsfläche Form F Für Werkstücke mit zwei recht-winklig zueinanderstehenden Bearbeitungsflächen Fertigungstechnik I Übung Gestalten Dipl.-Ing. J. Hoffmann Folie 7

16 Gewindeausläufe, -freistiche nach DIN 76 T 1 Gewindeabstand bstand des letzten vollen Gewindeganges von der nlagefläche Gewindefreistich Form Regelfall Form B kurz Fertigungstechnik I Übung Gestalten Dipl.-Ing. J. Hoffmann Folie 8