Zerspan- und Abtragtechnik

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1 Klicken Sie, um das Titelformat zu bearbeiten zur Vorlesung Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik 4. Ausgewählte Verfahren des Spanens (2) Priv.-Doz. Dr.-Ing.habil. Andreas Sommersemester 2009

2 Gliederung 4 Ausgewählte Verfahren des Spanens 4.1 Drehen 4.2 Bohren, Senken, Reiben, Gewindebohren 4.3 Räumen 4.4 Fräsen 4.5 Schleifen, Honen, Läppen Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 2

3 4.2 Bohren, Senken, Reiben, Gewindebohren Generelles zum Bohren Gemeinsamkeiten der Bohrverfahren Spanungsvorgang: gleiche kinematische Verhältnisse, d.h. kreisförmige Schnittbewegung und Vorschubbewegung in Richtung der Drehachse Einsatz gleicher WZM DIN 8589 T2 Unterschiede der Bohrverfahren verschiedene Werkzeuge erreichbare Bohrungsqualität Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 3

4 Verfahrensvariante: Bohren mit Spiralbohrer (Wendelbohrer) Werkzeuge genormt Durchmesser d=0,1 100 mm d min =50 µm Bohren ins Volle Verfahrensvariante: Zentrierbohren zur Aufnahme Werkstück zwischen Spitzen beim Drehen, Schleifen zum besseren Anschnitt des Spiralbohrers 60 Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 4

5 Besonderheiten bei der Hauptzeitberechnung Bsp. Rundbohren mit Wendelbohrer (ins Volle, symmetrisch angeordnete Hauptschneiden) v f Sacklochbohrung Vorschub je Umdrehung f = z f z mit z=2 n (v c ) f Durchgangsbohrung l a =... Spitzenwinkel t h = Arbeitsblatt d... Bohrdurchmesser, l... Bohrtiefe Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 5

6 Verfahrensvariante: Formsenken Werkzeuge: Zapfensenker, Kegelsenker Anwendung: Schraubenformen Verfahrensvariante: Kernbohren WZ-Führung durch innenliegenden Zentrierkern ringförmige Zerspanung, Kern bleibt erhalten Anwendung: z.b. Holzbearbeitung n Kernbohrer (Hohlbohrer) nicht zerspanter Kern d Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 6

7 Verfahrensvariante: Tiefbohren tiefe Bohrungen mit L >10 d Nutzung spezieller WZe, WZMen und Technologien Öl und Späne Tieflochbohrer Führungsbuchse Stützleiste v f n (v c ) Ölzufuhr Schneide (HM) Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 7

8 Bearbeitungsprobleme bei zunehmender Bohrungstiefe Verlaufen des Bohrers Späneabfuhr Kühlung der WZ-Schneide Werkzeuge Einlippenbohrwerkzeuge Bohrköpfe nach dem Einrohrsystem (BTA-WZe) Bohrköpfe nach dem Doppelrohrsystem Anwendungsbereiche Hydraulik-Bauteile Getriebewellen, Druckmaschinenzylinder Gewehrläufe vertiefende Literatur: VDI 3210: Tiefbohrverfahren, Berlin: Beuth-Verlag 1974 VDI 3209: Richtwerte für das Tiefbohren, Berlin: Beuth-Verlag 1999 Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 8

9 DIN 1420 Verfahrensvariante: Reiben Reiben ist Aufbohren mit geringer Schnitttiefe zur Verbesserung von Maßgenauigkeit und Oberflächengüte n (v c ) Anschnitt a p Voraussetzung: Bohrung muss vorhanden sein Werkzeuge: beachte Anschnitt, hinderlich bei Grundbohrungen Anwendung: für Passbohrungen IT 6 IT 9 Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 9

10 Verfahrensvariante: Gewindebohren n (v c ) v f Schneidteil Anschnitt Werkzeuge: Anschnitt gewährleistet Führung Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 10

11 Spezielle Maschinen für Bohrungsbearbeitung Mehrspindelbohrmaschinen Einsatz eines Mehrspindelbohrkopfs Produktivität höher durch Prinzip der parallelen Schneide Kostenaufwand durch Bohrkopf Radialbohrmaschine für sperrige Teile, z.b. große Gehäuse auch Lehrenbohrwerke für höchste Maßgenauigkeit Bohr- und Fräswerk universelle Bohr- und Fräsbearbeitung Großwerkstückbearbeitung Ausdrehen mehrerer Bohrungen Herstellen fluchtender Bohrungen Sondermaschinen Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 11

12 Herstellung von Mikrobohrungen Durchmesser d = µm Fertigungsbeispiele Verfahrensmöglichkeiten zum Bohren Bohren (mechanisch) mit Spiralbohrer d min = 50 µm mit Flachbohrer d min = 10 µm Bohren mit Laserstrahl d min = 3 µm Bohren mit Elektronenstrahl d min = 1 µm weitere Verfahren zum Bohren Ultraschallschwingläppen d min = 400µm Senkerodieren d min = 15 µm Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 12

13 Beispiel: Ultraschallschwingläppen von Bohrungen Verfahrensprinzip Wirkvorgang: Läppen Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 13

14 Beispiel Senkerodieren von Bohrungen Verfahrensprinzip Elektrode (Kupfer,Wolfram, Graphit,...) Impulsgenerator Dielektrikum - Öl - deionisiertes Wasser WST Wirkvorgang: Schmelzen und Verdampfen von Material Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 14

15 DIN 8589 T5 DIN Räumen Generelles: Spanen mit einem mehrzahnigen Werkzeug, dessen Schneidzähne hintereinander liegen und gestaffelt sind Kinematik Bearbeitungszugabe f z v c WST Spanraum Zugkraft Räum-WZ Geometrie (Ausschnitt aus der Räumnadel ) v c o Span o o Räumnadelzahn Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 15

16 DIN 1415 Kinematik und Geometrie beim Räumen - Werkzeugaufbau Vorschub wird durch Schneidenstaffelung realisiert mehrere Zähne hintereinander in der Tiefe gestaffelt Zähne kommen nacheinander zum Eingriff Tiefe des Eingriffs je Zahn = Zahnvorschub f z hintereinander angeordnet sind: Schruppzähne f z = 0,03 0,3 mm Schlichtzähne f z = 0,01 0,02 mm Kalibrierzähne f z = 0 (Reserve für Schlichtzähne) Zähnezahl = f (Bearbeitungszugabe, f z ) Länge von Räumnadeln: bis über 2 m Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 16

17 Formen der Schnittbewegung geradlinig schraubförmig kreisförmig (z.b. Drehräumen) Verfahrensvarianten Räumen Innenräumen Außenräumen Zugräumen Druckräumen Waagerechträumen - Senkrechträumen Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 17

18 Fertigungsbeispiele Räumen Innenräumen 3-, 4-, 6-, 8-kant Passfedernut Keinabenprofil Außenräumen T-Nut Schraubenschlüssel vorgeschmiedet 50 Stück / Zug Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 18

19 Verfahrensbedingungen sehr große Formenvielfalt möglich Form ist im WZ gespeichert nur für durchgehende Profile sehr produktiv hohe Genauigkeit und Oberflächengüte Schnittgeschwindigkeit und Räumlänge bestimmen die Hauptzeit Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 19

20 4.4 Fräsen DIN 8589 T3 Generelles Gemeinsamkeiten der Fräsverfahren: Spanungsvorgang: kreisförmige Schnittbewegung und Vorschubbewegung senkrecht bzw. schräg zur Drehachse Werkzeuge sind meist mehrschneidig Besondere Merkmale 1. unterbrochener Schnitt 2. Vorschubrichtungswinkel φ 3. Veränderung der Spanungsdicke in Abhängigkeit von φ Spanungsquerschnitt A = f(φ) Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 20

21 Kinematik und Geometrie WZ v c n (v c ) n (v c ) v f d d WST kommaförmiger Span Tischvorschubrichtung a e Arbeitseingriff f z Zahnvorschub h Spanungsdicke h = f( ) konst. A = f( ) Arbeitsblatt v c = d n z Zähnezahl v f = f z z n n Drehzahl Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 21

22 Gegen- und Gleichläufigkeit von Vorschub und Schnittgeschwindigkeit Richtungssinn der Bewegung zwischen WZ und WST Arbeitsblatt Gegenlauffräsen Anschnitt bei h = 0 Gleichlauffräsen Anschnitt bei h = h max Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 22

23 Verfahrensvariante: Planfräsen ebene Fläche erzeugt (geradlinige Vorschubrichtung) WZ WZ Umfangfräsen Walzenfräser (DIN) Stirnfräsen Walzenstirnfräser (DIN), Fräskopf (DIN) Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 23

24 Verfahrensvariante: Profilfräsen Profil im WZ gespeichert, bildet sich auf WST ab T-Nutenfräser Winkelfräser Nutenfräser alle WZe nach DIN Verfahrensvariante: Rundfräsen herzustellende Bohrung Bahn des Fräsers (außenverzahnte WZe) z.b. Kreis vorfertigte Bohrung auch für Außenkonturen (innenverzahnte Wze) einsetzbar Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 24

25 Verfahrensvariante: Gewindefräsen produktives Verfahren Kurzgewindefräsen Langgewindefräsen n WZ n WST v f Steigungswinkel Gewinde n WZ >> n WST Profilfräser 3 überlagerte Bewegungen Drehung WZ (n WZ ) Drehung WST (n WST ) axiale Vorschubbewegung (v f ) Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 25

26 Verfahrensvariante: NC-Formfräsen Fräsen einer Formfläche mit gesteuerter Vorschubbewegung in einer Ebene oder im Raum Z Y Numerische Steuerung NC-Programm Schaftfräser n Ablaufprogramm aus Weg- und Schaltinformationen WST z.b. Schmiedegesenk NC... numerical control Konstruktion (Zeichnung) Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 26

27 Varianten des Formfräsens (2D-, 3D-, 5-Achsfräsen): Varianten Steuerung der Vorschubbewegung 1. Nachformfräsen 2. kinematisch Formfräsen z.b. Oval-, Polygonfräsen 3. NC-Formfräsen 4. Freiformfräsen z.b. Gravieren, Zahnarzt Bezugsformstück, Taster analog gesteuert, Steuerkurven, mechanisches Getriebe numerisch gesteuert, eingegebene Daten (NC-Programm), vom Rechner von Hand NC-Fräsen: 3 bis 5-Achsfräsen 3-Achs: Fräserrichtung bleibt konstant 5-Achs: Fräserrichtung dynamisch angepasst Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 27

28 Werkzeuge Walzenfräser, Schaftfräser, Fräskopf, Satzfräser, Maschinen Bearbeitungszentrum HSC High Speed Cutting Anwendung: Werkzeug- und Formenbau, Auto-, Luft-, Raumfahrtindustrie, Optik und Feinmechanik,... Kennzeichen: deutlich gesteigerte v mit Faktor Vorteile höhere Produktivität, kürzere Herstellzeiten bessere WST-Oberflächenqualität, keine Nachbearbeitung geringere Kräfte, weniger Schwingungen bessere Wärmeabführung geringere Gratneigung Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 28

29 Bilderliste Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 29

30 Bohren ins Volle Gesamte Lochtiefe Aufbohren Teil der Lochtiefe Reiben Spiralbohrer Spiralsenker Aufstecksenker Kegelsenker Zapfensenker Reibahle Darstellung der Bohrverfahren Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 30

31 geradegenutet drallgenutet (Rechtsdrall) drallgenutet (Linksdrall) langer Anschnitt Schälreibahle langer Anschnitt Darstellung von Reibahlen Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 31

32 Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 32

33 Tiefbohrwerkzeug Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 33

34 z=1 Prinzip des Einzahnreibens Führen/Glätten Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 34

35 Räumnadel Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 35

36 Drehräumen Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 36

37 Werkzeuge des Planfräsens Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 37

38 Fräsersatz (schematisch) [Quelle: Tabellenbuch Metallgewerbe] Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 38

39 Schaftfräser mit Kugelkopf Schaftfräser Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 39

40 Torusfräser [Quelle: VDI-Z] Fertigungstechnik I Zerspan- und Abtragtechnik Folie 40