Fragen zu CAM Werkzeugmaschinen 2005

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1 Fragen zu CAM Werkzeugmaschinen Welche wesentlichen Anforderungen werden an Werkzeugmaschinen gestellt? Wirtschaftlichkeit: Dies ist meistens das Magische Dreieck. Wenn man einen Einflussfaktor ändert, ändern sich die restlichen in den Negativen bereich. Herstellungsgenauigkeit und Arbeitsgenauigkeit: d.h. die maschine soll ein Werkstück in einer bestimmten Qulität liefern. Hohe Steifigkeit: dies statisch und dynamisch sowie thermisch Betriebssicherheit, Wartung und Reparatur: Bei Störungen soll die Maschine einfach zu Reparieren sein und die Wartung soll schnell gehen einfache Handhabung: Unfallsicherheit: Die maschinen sollen mit Sicherheitseinrichtungen Ausgestattet sein Ergonomische Konstruktion: Ideale Arbeitsraumanordnung, damit Bedienung, Beschickung und Spänebeseitigung ohne Probleme zu beseitigen 2. Wie lautet das Zerspankraftgesetz nach Victor- Kienzle? Erklären Sie die darinauftretenden Größen! b = h = cc = kc1.1 = Spanungsbreite Sanungsdicke gibt die Steigung der Schnittkraftgeraden im doppeltlogarithmischen Feld aus der Schnittkraft Fc (Y-Achse) und der Spanungsdicke h (x-achse) an Hauptwert der spezifischen Schnittkraft bei A= 1x1 mm² 3. Welche Spanformen sind für eine optimale Zerspanung günstig und warum? kurze zyl. Wendelspäne, Spiralwendelspäne, Spiralspäne dies sind alles kurze Späne, die leicht aus der Maschine zu entfernen sind und sie sind wesentlich besser für die Arbeitssicherheit. Chemisch Reaktion Diffusion Oxidation Korrosion 4. Nennen Sie Beanspruchungen an Schneidstoffe und daraus resultierende Anforderungen! Art der Beanspruchung Geforderte Eigenschaft Zug Mechanisch Kräfte Druck Schub Biegung hohe Härte Festigkeit Zähigkeit Wechsellast Thermisch Wärme Anlasbeständigkeit hohe Temperatur Warmhärte Temperaturwechsel Beständigkeit gegen Temperaturwechsel geringe Diffusionsneigung Verzunderung Korrosionsneigung

2 5. Nennen Sie die Hauptgruppen einer Werkzeugmaschine! Bett (Gestell): tragen der Elemente Baugruppe zur Werkstückaufnahme Baugruppe zur Werkzeugaufnahme Antrieb von Werkstück und Werkzeug Steuerung des Antiebes 6. Nennen Sie die wesentlichen Komponenten einer Drehmaschine! Bett Spindelstock mit Arbeitsspindel Hauptantrieb Gestell Vorschubgetriebe Bettschlitten mit Bettschlittengetriebe und Aufbauten Reitstock Antriebsmotor und Elektroausrüstung Zusatzeinrichtung und Spannmittel 7. Benennen Sie folgende Bauformen von Fräsmaschinen und tragen die Achsbezeichnungen ein! L-Form L-Form C-Form Portal (O-Form) Gantrybauweise 8. Was sind die wesentlichen Kennzeichen eines Bearbeitungszentrums? Zweiter Maschinentisch Interner Werkzeugspeicher Automatischer Werkzeugwechsel Mehrere Bearbeitungsverfahren 9. Skizzieren Sie Gleichlauf- und Gegenlauffräsen. Was sind die Vor- und Nachteile von Gleichlauf- und Gegenlauffräsen? Gleichlauf Gegenlauf

3 Skizze Vorteil Nachteil Span beginnt bei hm groß Bessere Oberfläche durch geringe Kräfte beim Zahnaustritt Werkstück wird in Einspannung gedrückt Höhere Vorschübe möglich Sielfreier antrieb notwendig Span beginnt im weichen Material Höhere Zustelltiefen möglich Werkstück wird aus Einspannung gezogen Größerer Verschleiß an Zähnen 10. Nennen Sie 4 Fräserformen! Walzenfräser, Walzenstirnfräser, Scheibenfräser, Prismenfräser, Winkelstirnfräser, Formfräser, Messerkopffräser, Kreissäge, Schaftfräser, Longlochfräser. Schlitzfräser für Scheibenfedernuten, Nutenfräser 11. Nennen sind die wichtigsten Baugruppen von Umformmaschinen! Fundament Gestell Werkzeug Stößel Antrieb Steuerung 12. Nach welchen Funktionsprinzipien lassen sich Umformmaschinen einteilen? Nennen Sie jeweils ein Beispiel! Druckumformen Walzen, Gesenkformen Zugdruckumformen Durchziehen, Tiefziehen Zugumformen Längen, Weiten Biegeumformen Gesenkbiegen, Walzbiegeb Schubumformen Verschieben, Verdrehen 13. Skizzieren Sie prinzipiell den Antriebsstrang bei mechanischen Pressen und benennen die einzelnen Funktionseinheiten!

4 14. Was sind Vor- und Nachteile einer hydraulischen Presse gegenüber einer mechanischen Presse? Vorteil Nachteil 15. Beschreiben Sie den wesentlichen Unterschied zwischen doppelt und einfach wirkendem Werkzeug bei der Umformtechnik! Doppelwirkend: Bei einer Doppelwirkenden Presse wird die Umformeinheit und Niederhalter separat mit einem eigenen Antrieb bewegt. Hier wird der Stempel in die Matritze gedrückt. Einfachwirkend Hier wir der Niederhalter und Stempel mit einem Antrieb bewegt. In der Regel wird die Matritze über den Stempel gedrückt.

5 16. Wie ist ein Ziehwerkzeug für einfachwirkendes Ziehen aufgebaut? 17. Nennen Sie typische Gestellformen von Werkzeugmaschinen! O-Gestell (Portal), C-Gestell, L-Gestell 18. Nennen sie Anforderungen an Werkzeugmaschinengestelle Statische und dynamische Steifigkeit Thermisch günstiger Konstruktion Gutes Verschleißverhalten Ungehinderte Späneabfuhr Formschön Nicht zu schwer Ergonomisch 19. Welche Materialien kommen für Gestelle zum Einsatz? Nennen sie besondere Eigenschaften der unterschiedlichen Materialien! Stahl: Grauguss: Stahlguss: Reaktionsharzbeton: 20. Welche Profilformen sind bei der Konstruktion von Gestellen zu bevorzugen und warum? Hohlprofile wie Rohre Vierkantrohre usw. Es sind geschlossene Profile zu wählen, weil ein mix aus Zug-, Druckkräften, Biegemoment und Torrsionskräfte wirken.

6 21. Nennen Sie Vor- und Nachteile von RHB gegenüber Grauguss und wo kommt RHB zum Einsatz? Vorteil Nachteil Hohe statische und dynamische Steifigkeit Niedriger E-Modul(E= N/mm²) Hervorragende Schwingungsdämpfung: Unsicheres Langzeitverhalten Eigenschwingungszahl geringer als bei GG, Zugempfindlichkeit dadurch wird auch die Betterregung (z.b. beim Zerspanungsvorgang) geringer als bei GG Größere Wärmeträgheit: Temperaturunabhängigkeit Führungselemente sind als gehärtete Stahlschiene oder als Graugusskörper auf den Betonkörper aufgeschraubt oder geklebt Der RHB wird für kleine und mittlere WZM eingesetzt 22. Wie lassen sich Ursachen von Werkzeugmaschinenschwingungen einteilen? Nennen Sie einige Beispiele. Fremderregung: Über Fundament eingeleitete Störkraft Unwuchten Zahneingriffsstöße Messereingriffsstöße Selbsterregung: Überschreitung der Grenzschnitttiefe Lagerkopplung Regenerativeffekte 23. Welche Darstellungsformen für das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen gibt es? 24. Skizzieren Sie eine Ortskurve und tragen die wesentlichen Größen ein! Übungsblatt Ortskurve 25. Was versteht man unter dem Regenerativeffekt? 26. Durch welche Maßnahmen kann das dynamische Verhalten von Werkzeugmaschinen verbessert werden? Man installiert ein dynamisches Zusatzsystem

7 27. Nennen Sie thermische Quellen an einer Werkzeugmaschine! Getriebe, Motoren, Lager, Prozesswärme Umgebungstemperatur, Sonneneinstrahlung, benachbarte Anlagen, geöffnete Hallentore 28. Wie lässt sich das thermische Verhalten von Werkzeugmaschinen verbessern? Konstuktive Maßnahmen Thermische Belastung vermeiden/ isolieren Temperierung der Maschine oder Baugruppe durch geziehlte Wärmeabfuhr Wärmequellen nach außen legen Wärmequelle verkleinern Kühlung, geregelt d.h. auch Vorwärmung Thermosymmetrische Konstruktion Elektronische Korrektur Gute Späne- und Kühlmittelabfuhr Ort und Art der Aufstellung Einseitigen Wärmeeinfluss vermeiden Prozesstechnische Maßnahmen Maschine warmlaufen lassen Zwischenzeitlich messen mit Lagekorrektur Genauere Bearbeitung nur im betriebwarmen Zustand 29. Welche Gesichtspunkte sind bei der Aufstellung von Werkzeugmaschinen zu beachten? Justierung und Ausrichtung der Maschine Zusätzlische Versteifung der Maschine durch das Fundament Gwährleistung der Standsicherheit Passive Isolierung gegenüber dynamischen Störungen von außen Aktive Isolierung zum Schutz der Umgebung vor erschütterungen 30. Was sind Lärmquellen an einer Werkzeugmaschine? Zahneigriffsstöße bei Getrieben Zahnriementriebe

8 Schnittprozess beim Fräsen, Schleifen Schlagstöße bei der Umformung 31. Nennen Sie 4 Lärmminderungsmaßnahmen für Werkzeugmaschinen! Umfangsnut bei Zahnscheiben Zahnscheiben aus Kuststoff umantelt mit Metall Parralelriementrieb Ersatz des Standard L-Riemenprofils durch das LA-Profil Riemenzahnseitige Gewebeauflage Ersatz des T-Riemenprofils durch AT-Profil Beeinflussung der erregenden Kräfte Beeinflussung der Übertragungs- und Abstrahlelemente Luftschalldämmung, Luftschalldämpfung Beeinflussung der Raumakustik, Persönlicher Gehörschutz 32. Welche Anforderungen werden an Führungen von Werkzeugmaschinen gestellt? Positioniergenauigkeit Gringe Reibung Notlaufeigenschaften Kraftaufnahme Schmutzabweisend Geringer Verschleiß Nachjustierbar Gute Dämpfungseigenschaft Hohe Steifigkeitswerte Korrosionsbeständig Nicht Klemmend 33. Was ist das Wirkprinzip von hydrodynamischen Führungen/Lagern? Das Prinziep bei der hydrodynamik ist einfach. Im stillstand Ligt der Schlitten auf der Führung. Nachdem der Schlitten langsam bewegt bildet sich ein Ölfilm, der aber nicht ausreicht. In der geringen Geschwindigkeit tritt daher der Slip-Stick-Effekt auf. Wenn jetzt der Schlitten noch Schneller wird, bildet sich zwischen dem Schlitten und der Führung nun ein Ölfilm. Der Schlitten schwimmt nun auf. 34. Erläutern Sie den Stick-Slip Effekt!

9 Der Stick-Slip Effekt ist ein Rückelt. Dieser Effekt tritt bei niedrigen Geschwindigkeiten. Hier wechselt die Reibung ständig zwischen Haftreibung und Gleitreibung. Dies geschiet weil der Öl-Film noch nicht aufgebaut ist und Metall auf Metall reibt. 35. Nennen Sie typische Gestaltformen von Führungen an Werkzeugmaschinen! Gleitführung: Flach-, Dachprismen-, V-, Schwalbenschwanz- und Rundführung sowie Statischbestimmte Kombination aus Dachprismen und Flachführungen Wälzführung: Linearwellenführung, Laufrollenführung, 2 und 4 reihige Kugelschinenführung, Rollenschinenführung, Rollenumlaufschuhe, Flachkäfigführung 36. Wie funktioniert eine hydrostatische Führung? Bei einer hydrostatischen Führung wird durch definierten Taschen Öl zwischen den Schlitten und der Führung gedrückt. Dadurch kann kein Slip-Stick-Efffekt auftreten 37. Warum benötigt man einen Untergriff bei hydrostatischen oder aerostatischen Führungen? Man benötigt einen Untergriff, weil sonst durch den aufgebauten Druck man den Schlitten wegdrücken wurde. Wenn man den Untergriff hat, sind hier definierte Abstände und Drücke in der Führung. 38. Nennen Sie Vor- und Nachteile einer Wälzlagerung gegenüber hydrodynamischen Führungen! Vorteil Nachteil Hohe Tragfähigkeit, beginnend bei Drehzahl = Geringe Dämpfung 0 Geringere Steifigkeit als Gleitführungen

10 Kein Slip-Stick-Effekt Wälzführungen: µ = 0,005 0,005 Hoher Standardisierungsgrad Einstellbares Spiel Große Führungsgenauigkeit Hohe Steifigkeit und Tragfähigkeit als Linearkugel 39. Aus welchen Anteilen setzt sich die statische Verformung an Spindeln zusammen? Antriebkräfte Prozesskräfte Lagerkräfte 40. Was sind die wesentlichen konstruktiven Gesichtspunkte an einer Motorspindel? 41. Nennen Sie Vorteile und Nachteile eines Linearantriebs gegenüber konventionellen Antrieben! Vorteile Nachteile Hohe Dynamik Hohe Thermische Belastung Gutes Regelverhalten Beschleunigung ist Massenabhängig Keine mechanischen Übertragungselementen Übersetzung nicht möglich Hohe Verfahrgeschwindigkeiten Bremsen notwendig Geringer Schleppabstand Bei Vertikalem Einbau Gewichtsausgleich Hohe Positioniergenauigkeit notwendig Verschleißfreier Antriebsstrang Hohe Anforderunge an Führungsgenauigkeit Spielfreier Antriebstrang Höhere Kosten Reibungsfreier Antriebsstrang 42. Skizzieren Sie einen Vorschubantrieb mit Kugelumlaufspindel in seinen wesentlichen Bestandteilen und benennen Sie diese! Motor Tisch Kupplung Kugelrollspindel Spindelmutter Steigung

11 43. Was ist bei einer Spindelmutter einer Kugelumlaufspindel zu beachten? Wie ist dies konstruktiv gelöst? Da eine Kugelumfaufspindel spielfrei arbeiten soll, muss diese vorgespannt werden. Dies wird mit Gewindehülsen oder mit Distanzscheiben verwirklicht. 44. Welche Zusatzaggregate kommen für die Automatisierung von Werkzeugmaschinen zum Einsatz? Es werden Werkzeugwechseleinrichtungen und Werkstückwechsler verwendet. Um einen Werkzeugwechsel durchzuführen, werden verschiedene Systeme verwendet. Das sind bei Drehmaschinen verschinene Revolver (Trommel, Stern, Flachtisch). Bei Fräsmaschinen verwendet man Magazine(Scheiben, Ketten, Regal) Bei dem Werstückwechsel werden mehrere Tische verwendet. Somit kann ein Teil bearbeitet werden und ein anderes Teil auf den Tisch gespannt werden. Man kann eine Totale automatisierung machen, dann ist man bei einer Flexiblen Fertigungsstraße. Hier werden Roboter, Transportsysteme usw. verwendet. 45. Welche Anforderungen werden an Wegmesssysteme von Werkzeugmaschinen gestellt? o Hohes Auflösungsvermögen von 1 µm bzw. 0,001 oder höher o Innerhalb des gesamten Vorschubgeschwindigkeitsbereichs muss eine eindeutige Abtastung bzw. Erfassung der Bewegung gewährleistet sein o Kompakte und leichte Ausführung aller Komponenten des Messsystems o Leichte Zugänglichkeit für Justagearbeiten, Wartung und Reinigung o Service freundliche und modulare Bauweise o Hohe Betriebssicherheit, auch unter ungünstigen Bedingungen, über lange Zeiträume o Hohe Zuverlässigkeit der Informationsgewinnung und übertragung, auch bei mechanischer Belastung (Schwingung) und Deformation des Werkzeugmaschinengestells. 46. Was versteht man unter direktem und indirektem Messen? Welche Vor- und Nachteile haben die Verfahren? Beim direkten Messverfahren wird die Schlittenposition unmittelbar vom Messsystem mit einem Maßstab (z.b. Glasmaßstab)erfasst. Das Indirekte Messverfahren ermittelt über eine mechanische Umwandlung (z.b. Spindel- Mutter-Drehgeber) die momentane Schlittenposition. Der entschiedene Vorteil des direkten Messverfahren liegt darin, dass keine Einflüsse durch eine nachfolgende Mechanik, wie beim indirekten Messverfahren vorliegt, entstehen können.

12 Allerdings ist der Aufwand zum Schutz des Maßstabes des Direkten Messverfahrens gegen Schmutz und Temperatureinflüsse sehr groß und somit ein Nachteil. 47. Was versteht man unter absolutem und inkrementalem Messen? Welche Vor- und Nachteile haben die Verfahren? Absoluten Messen ist, wenn jede Position ein bestimmter Wert zugeordnet ist. Somit hat es ein festes Bezugssystem. Das inkrementahle Messen hat keine Zuordnung. Hier zählen Sie die schritte die Sie machen. Damit die Maschine weis wo sie sich befindet muss man den Referenzpunkt anfahren. Falls die Maschine aus irgendwelchen Gründen mal ungeplant ausgeht, muss beim inkementen messen die Maschinen neu referiert werden. Dahingegen wies dem absolutem die maschine direkt beim einschalten, wo sie sich befindet. Auf die Fehlerwahrscheinlichkeit beim Absoluten messen ist geringer. Jedoch ist das absolutet Messesystem teurer, schwieriger herzustellen, weil jeder teilschritt bezeichnet werden muss. Heute werden meistens Messsysteme mit einer kombination aus beiden Systemen verwendet. 48. Erläutern Sie prinzipiell die Arbeitsweise einer SPS Steuerung! Bei einer SPS gibt es drei verschidene Abarbeitungsformen. 1. Zyklisch Abarbeitung: Hier wird eine Anweisungsliste Zyklisch durchlaufen. Es werden am Anfang (und nur am Anfang) Die eingangs Signale ausgelesen. Danach weden dies Verarbeitet und zu Schluss passiert ein Ereignis wie z. B. ein Motor wird eingeschaltet. Dieses SPS Programm wird ständig wiederholt in einem Zeitram von 0,1 bis 5 ms. Somit ist gewährleistet, das Änderungen die ein neue Ereignisse auslösen Verarbeitet werden. 2. Interruptgesteuerte Abarbeitung: Hier werden die Eingänge permanent überwacht. Hier ist das Ziel, dass keine Zeitverzögerung entsteht. Z. B. beim Not Aus. Hier soll die Maschine sofort beim drücken Stehen bleiben und nicht Zeitversetzt. 3. Zeitgesteuerte Abarbeitung: Hier wird das Programm nicht mit Eingangssignalen versort. Es erden Zeiten gesetzt, Nachdem die Zeit abgelaufen ist, Springt das Programm weiter. 49. Wie kann eine fehlertolerante Steuerung mit SPS Steuerungen designed werden?

13 50. Was sind die Vorteile eines Feldbussystems bei einer Werkzeugmaschine? Reduzierung der Verdrahtung, kürzere Montage und Inbetriebnahme Einfache Fehlersuche und Behebung Einfachere Projektierung 51. Wie funktioniert eine NC Steuerung? 52. Beschreiben Sie Kennzeichen einer offener Steuerung und welche Vorteile sich ergeben sich? 53. Wie ist ein NC Programm nach DIN aufgebaut? NC-Programm: Ein NC-Programm besteht aus dem Zeichen für den Programmanfang (%) einer folge von einer folge von Sätzen und dem Programmende (M02 oder M30) NC-Satz: Ein Satz besteht aus mehreren Wörtern, die geometrische, technologische und programmtechnische Informationen Beinhaltet. NC-Wort: Ein Wort besteht aus einem Adressbuchstaben und einer Ziffernfolge. Wörter deren Wirkung sich nicht ändert, brauchen nur einmal angegeben werden. 54. Erläutern Sie das der Programmierung zugrunde liegende Koordinatensystem! 55. Welche Bezugspunkte sind bei der NC Programmierung zu beachten? 56. Welche Interpolationsarten gibt es? Linearinterpolation Zirkularinterpolation Nurbs

14 57. Welche Werkzeugkorrekturen müssen bei der NC Programmierung berücksichtigt werden? Mann muss das Werkzeug in zwei Sachen korrigieren. Das ist einmal die Längenkorrektur des Werkzeugs und dann noch muss eine Radiuskorrektur vorgenommen werden. Da das NC- Programm das eigentliche Werkstück beschreibt ist die Radius korrektur notwendig, damit die Maschine das Werkzeug auf die entsprechende speziell für das Werkzeug setzt. Die Längenkorrektur müss ebenfalls vorhanden sein, damit das Werkstück genau gefertigt werden kann in z-richtung. 58. Was sind die Aufgaben von CAP-CAM? 59. Nach welchen Kriterien lassen sich NC-Programme für die Bohrbearbeitung optimieren? 60. Nach welchen Sichten kann ein Arbeitsplan im CAD-CAM System sortiert werden und worin liegt der Vorteil der unterschiedliche Sichtweisen?

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