Berufliche Schulen Berufsschule

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1 Berufliche Schulen Berufsschule Umsetzung der Lernfeld-Lehrpläne Landesinstitut für Schulentwicklung Feinwerkmechaniker/-in Qualitätsentwicklung und Evaluation Lernfelder 6 Herstellen einesseitenflanschesfür ein Kugelventil Schulentwicklung und empirische Bildungsforschung Bildungspläne Stuttgart 200 H 03/85

2 Redaktionelle Bearbeitung Redaktion: Paul Keßler, LS Stuttgart Autor: Willi Wachtler Stand: Januar 200 Impressum Herausgeber: Druck und Vertrieb: Urheberrecht: Landesinstitut für Schulentwicklung (LS) Rotebühlstraße 131, Stuttgart Fon: Internet: Landesinstitut für Schulentwicklung (LS) Rotebühlstraße 131, Stuttgart Fax Fon: oder Inhalte dieses Heftes dürfen für unterrichtliche Zwecke in den Schulen und Hochschulen des Landes Baden-Württemberg vervielfältigt werden. Jede darüber hinausgehende fotomechanische oder anderweitig technisch mögliche Reproduktion ist nur mit Genehmigung des Herausgebers möglich. Soweit die vorliegende Publikation Nachdrucke enthält, wurden dafür nach bestem Wissen und Gewissen Lizenzen eingeholt. Die Urheberrechte der Copyrightinhaber werden ausdrücklich anerkannt. Sollten dennoch in einzelnen Fällen Urheberrechte nicht berücksichtigt worden sein, wenden Sie sich bitte an den Herausgeber. Bei weiteren Vervielfältigungen müssen die Rechte der Urheber beachtet bzw. deren Genehmigung eingeholt werden. Landesinstitut für Schulentwicklung, Stuttgart 200

3 Inhaltsverzeichnis Seite 1. Vorwort 1.1 Intention 1.2 Anmerkungen der Redaktion 5 2. Aufbau der Handreichung 6 3. Die Ziele im Lernfeld 6 7. Umsetzungsbeispiel zum Lernfeld 6: Programmieren und Fertigen eines Seitenflansches für ein Kugelventil 9.1 Schritt 1: Übersicht über mögliche Lernsituationen 11.2 Schritt 2: Lernsituationen mit Zielen und Inhalten 15 (einschl. Zuordnungskontrolle).3 Schritt 3: Konkreter Unterricht 23 (einschl. Anlagen) 5. Anhang Auszug aus der Verordnung über die Berufsausbildung zum 9 Feinwerkmechaniker 5.2 Hinweise auf Lernfeld-Literatur im Internet Hinweise auf Bücher, die im Buchhandel erhältlich sind

4 1. Vorwort 1.1 Intention Die neuen KMK-Rahmenlehrpläne für den berufsbezogenen Unterricht der Berufsschule sind in Lernfeldern gegliedert. Lernfelder sind mächtige Einheiten, die auf einer A-Seite Vorgaben für ca. 80 Unterrichtsstunden festlegen. In Bildungsgangkonferenzen sollen die Lernfelder auf regionale Gegebenheiten übertragen werden. Die vorliegende Handreichung wurde als Hilfe für o.g. Bildungsgangkonferenzen und Lehrer allgemein konzipiert. Die Autoren erhielten folgende Eckwerte für ihre Arbeit: die Lernfelder sind in "handhabbare" Lernsituationen aufzuteilen, jeweils nur mit Bezeichnungen und Stundenangaben, die Lernsituationen sind mit Zielformulierungen und Inhalten zu versehen und mindestens eine Lernsituation ist als vollständige Unterrichtseinheit auszuarbeiten. Dadurch ist die Handreichung einerseits eine Hilfe zur Lösung der konzeptionellen Aufgaben einer Bildungsgangkonferenz und andererseits eine Hilfe zur direkten Umsetzung des Lernfeldkonzeptes im Unterricht. - -

5 1.2 Anmerkungen der Redaktion Die vorliegende Handreichung erhebt keinen Anspruch auf irgendein Attribut. Sie ist eine Hilfe von Kollegen für Kollegen, die im Berufsfeld Metalltechnik Unterricht nach Lernfeldlehrplänen erteilen. Der Leser muss ein gewisses Lernfeld-Verständnis besitzen, denn in der vorliegenden Handreichung wird das Lernfeldkonzept nicht extra erklärt. Lernfeldgrundlagen lassen sich den KMK-Handreichungen zur Rahmenlehrplanarbeit ( ) entnehmen. (Siehe dazu: Auf die pünktliche Verwendung der weiblichen und männlichen Form von Personen wurde verzichtet, damit die Texte schnell und übersichtlich zu handhaben sind. Die Bezeichnungen Zeitrichtwert, Stunden und Stdn. sind Richtwerte für die Anzahl der Unterrichtsstunden. Herr Willi Wachtler ist der Autor der vorliegenden Handreichung

6 2. Aufbau der Handreichung Die vorliegende Handreichung wurde nach der in Baden-Württemberg vorherrschenden 3-Schritt-Methode entwickelt: 1. Schritt Das mächtige Lernfeld wird in überschaubare Lernsituationen unterteilt. Dadurch entsteht eine Liste mit der Abfolge von aufeinander aufbauenden Lehr/Lernarrangements. 2. Schritt Die Ziele und Inhalte aus dem Lernfeld werden auf die Lernsituationen verteilt, wenn nötig ergänzt und mit Bemerkungen versehen. Dadurch stehen "kleine, überschaubare Lernfelder" zur Verfügung. 3. Schritt Zu mindestens einer Lernsituation wird ein realer Unterrichtsablauf geschildert d. h. ein Beispiel wird beschrieben, das die konzeptionellen Teile der Unterrichtsvorbereitung deutlich macht. Zum Schluss folgen hilfreiche Blätter zum Unterrichtsablauf als Anlagen

7 3. Die Ziele im Lernfeld 6 B e r u f s t h e o r i e (BT) m i t L a b o r u n t e r r i c h t (BTL) u n d W e r k s t a t t u n t e r r i c h t (BTW) Lernfeld 6: Programmieren und Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen 2. Ausbildungsjahr Zeitrichtwert 60 Zielformulierung Die Schülerinnen und Schüler fertigen Einzelteile auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen. Sie lesen und erstellen Skizzen und Einzelteilzeichnungen und entnehmen ihnen die erforderlichen Informationen für die CNC-Fertigung. Sie ermitteln die technologischen und geometrischen Daten für die Bearbeitung und erstellen Arbeits- und Werkzeugpläne. Sie entwickeln auf der Basis dieser Pläne rechnergestützt CNC-Programme, überprüfen und optimieren die Verfahrwege durch Simulation. Die Schülerinnen und Schüler planen die Einspannung für Werkstücke und Werkzeuge. Sie richten die Werkzeugmaschine ein und erproben ihre CNC-Programme an der Werkzeugmaschine. Nach der Fertigung optimieren sie auf Grundlage der Prüfergebnisse den gesamten Fertigungsprozess. Dazu wählen sie die Prüfmittel aus, erstellen Prüfpläne und bewerten die Prüfergebnisse unter Anwendung von Verfahren des Qualitätsmanagements. Dabei kennen sie die Einflüsse der Werkzeuge, der Zerspanungsparameter und des Fertigungsprozesses auf Maße und Oberflächengüte. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Wirtschaftlichkeit und Produktqualität der CNC-Fertigung mit der konventionellen Fertigung. Sie beachten die Bestimmungen des Arbeits- und Umweltschutzes

8 . Umsetzungsbeispiel zum Lernfeld 6: Programmieren und Fertigen eines Seitenflansches für ein Kugelventil mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen - 9 -

9 .1 Übersicht über mögliche Lernsituationen Lernsituationen (LS) für Berufstheorie (BT) 20 Labor (BTL) 20 Werkstatt (BTW) 20 Zeitrichtwert BT BTL BTW LS 6.1 BT Merkmale von CNC-Maschinen erarbeiten BTL Programmaufbau verstehen BTW Einführung CNC-Maschine / Null- und Bezugspunkte bestimmen LS 6.2 BT Einzelteilzeichnung erstellen und NC-Bemaßung anwenden BTL CNC-Programme erstellen BTW CNC-Maschine einrichten LS 6.3 BT Konturpunkte berechnen BTL CNC-Programme erstellen BTW CNC Programme erproben LS 6. BT Fertigungskosten, Wirtschaftlichkeit berechnen BTL Fertigungsprozess optimieren BTW Maschinenspezifische Funktionen einsetzen LS 6.5 BT Qualitätsmanagement erarbeiten BTL Projekt Seitenflansch programmieren BTW Qualitätsrelevante Einflüsse auf Formtoleranzen und Rauheit erkennen und bewerten 2 Klassenarbeit 2 Unterrichtsablauf vorhanden Zeichnung und/oder Arbeitsblätter vorhanden

10 .2 Lernsituationen mit Zielen und Inhalten Lernsituation 6.1 Zeitrichtwert: BT + BTL + BTW Thema BT Merkmale von CNC-Maschinen BTL Programmaufbau BTW Einführung CNC-Maschine / Null- und Bezugspunkt Beschreibung der Ziele: Die Schüler erkennen die Funktionszusammenhänge der CNC-Technik und verschaffen sich eine Überblick über die CNC-Werkzeugmaschinen sowie deren Funktionsweise. Inhaltliche Orientierung: Hinweise: BT Unterschiede der Begriffe NC, CNC, DNC Arbeitsweisen von konventionellen und NC-gesteuerten Werkzeugmaschinen Typen und Komponenten von CNC- Werkzeugmaschinen Steuerungsarten Lageregelkreis Wegmesssystem BTL Programmaufbau Technologiedaten ( Vc, fz, Vf, n ) Wegbedingungen G00 G01 BTW Räumliches Koordinatensystem Null- und Bezugspunkte an der Maschine Funktionstasten an der Maschine Bemerkungen: Zeichnung zu Eilgang und Geradeninterpolation (siehe Anlage Seite 31) Einführung an der CNC- Fräsmaschine, Gruppenarbeit (siehe Anlage Seite 26-28), die Schüler erarbeiten eigenständig mit Hilfe des Handbuches die Funktionstasten

11 Lernsituation 6.2 Zeitrichtwert: BT + BTL + BTW Thema BT Einzelteilzeichnung und NC-Bemaßung BTL CNC-Programme erstellen BTW CNC-Maschine einrichten Beschreibung der Ziele: Die Schüler erstellen Einzelteilzeichnungen mit NC-gerechter Bemaßung. Sie entwickeln auf Basis der Zeichnung die ersten NC-Programme, richten die Maschine ein und vermessen verschiedene Werkzeuge. Die Schüler dokumentieren und archivieren die Messdaten. Sie zeigen den Datentransfer auf und erklären diesen. Inhaltliche Orientierung: Hinweise: BT gezeichnete quaderförmiger Werkstücke (Frästeil) BTL Kreisinterpolation G02, G03 Seitenflansch und Übungen (siehe Anlage Seite31) BTW Verschiedene Werkzeuge am Voreinstellgerät und an der Maschine Bemerkungen: Die Schüler arbeiten in Gruppen und vermessen die Werkzeuge selbstständig (siehe Anlage Seite 32; 33)

12 Lernsituation 6.3 Zeitrichtwert: BT + BTL + BTW Thema BT Konturberechnungen BTL CNC-Programme erstellen BTW Erproben der CNC Programme Beschreibung der Ziele: Die Schüler berechnen Konturpunkte, erstellen ein Programm mit Fräserradiuskorrektur, richten die Maschine ein und erproben das CNC-Programm. Inhaltliche Orientierung: BT Konturpunktberechnung Pythagoras Winkelfunktionen Hinweise: (siehe Anlage Seite 37) BTL Fräserradiuskorrektur G1, G2 Korrekturwert Korrekturspeicher Gleich- und Gegenlauffräsen (siehe Anlage Seite 37) BTW Programm für Außenkonturen mit G1 / G2 Problematik bei Konturverletzung Programm erproben Frontalunterricht und Gruppenarbeit (siehe Anlage Seite 38) Bemerkungen: Das Programm wird in BTL erstellt und in BTW an die maschinenspezifische Steuerung angepasst

13 Lernsituation 6. Zeitrichtwert: BT + BTL + BTW Thema BT Fertigungskosten, Wirtschaftlichkeit BTL Fertigungsprozess optimieren BTW Maschinenspezifische Funktionen einsetzen Beschreibung der Ziele: Die Schüler programmieren ein Werkstück mit Taschen-, Kreistaschen- und Bohrzyklus. Sie vergleichen die Wirtschaftlichkeit und Produktqualität der CNC- Fertigung mit der konventionellen Fertigung. Inhaltliche Orientierung: Hinweise: BT Arbeitsplan Prüfplan Wirtschaftlichkeit Produktqualität BTL Bohrzyklus Lochkreiszyklus Taschenzyklus Kreistaschenzyklus Bearbeitungszeit (siehe Anlage Seite 1) BTW Werkstück mit Taschen-, Kreistaschen- und Bohrzyklus Programmieren und optimieren (Wirtschaftlichkeit) (siehe Anlage Seite 2) Bemerkungen: Das Programm wird in BTL erstellt und in BTW an die maschinenspezifische Steuerung angepasst

14 Lernsituation 6.5 Zeitrichtwert: BT + BTL + BTW Thema BT Qualitätsmanagement BTL Projekt Seitenflansch programmieren BTW Qualitätsrelevante Einflüsse auf Formtoleranzen und Rauheit Beschreibung der Ziele: Unter Anwendung von Verfahren des Qualitätsmanagements erstellen die Schüler Prüfpläne, wählen die Prüfmittel aus und optimieren den Fertigungsprozess auf Toleranzen und Rauheiten. Inhaltliche Orientierung: BT Prüfplan Qualitätsmanagement Hinweise: (siehe Anlage Seite 5) BTL Programmierübungen BTW Qualitätsrelevante Einflüsse auf - Form- und Lagetoleranz (Rundheit) - Oberflächenbeschaffenheit (siehe Anlage Seite 7) Gruppenarbeit (siehe Anlage Seite 6) Zusammenhang zwischen Zerspanungsparametern und Qualitätsanforderungen Bemerkungen:

15 Zuordnungs-Kontrolle für die Berufstheorie (Sie ist zur Qualitätssicherung unbedingt notwendig und gibt Antwort auf die Frage: Wurden alle Ziele und Inhalte des Lernfeldes in den Lernsituationen berücksichtigt?) Lernfeld 6 2. Ausbildungsjahr Zeitrichtwert 60 Programmieren und Fertigen mit numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen Zielformulierung: Die Schülerinnen und Schüler fertigen Einzelteile auf numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen. LS Sie lesen und erstellen Skizzen und Einzelteilzeichnungen und entnehmen ihnen die erforderlichen LS Informationen für die CNC-Fertigung. Sie ermitteln die technologischen und geometrischen Daten für die Bearbeitung und erstellen Arbeits- und LS Werkzeugpläne. Sie entwickeln auf der Basis dieser Pläne rechnergestützt CNC-Programme, überprüfen und optimieren LS die Verfahrwege durch Simulation. Die Schülerinnen und Schüler planen die Einspannung für Werkstücke und Werkzeuge. LS 6.2 Sie richten die Werkzeugmaschine ein und erproben ihre CNC-Programme an der Werkzeugmaschine. LS Nach der Fertigung optimieren sie auf Grundlage der Prüfergebnisse den gesamten Fertigungsprozess. LS 6.5 Dazu wählen sie die Prüfmittel aus erstellen Prüfpläne und bewerten die Prüfergebnisse unter Anwendung von Verfahren des Qualitätsmanagements. Dabei kennen sie die Einflüsse der Werkzeuge, der Zerspanungsparameter und des LS 6.5 Fertigungsprozesses auf Maße und Oberflächengüte. Die Schülerinnen und Schüler vergleichen die Wirtschaftlichkeit und Produktqualität der LS 6. CNC-Fertigung mit der konventionellen Fertigung. Sie beachten die Bestimmungen des Arbeits- und Umweltschutzes. LS Inhalte: Einzelteilzeichnung, Skizzen, Gesamtzeichnung LS 6.2 Arbeitsplan, Werkzeugplan, Einrichtblatt LS 6.2 Programmablaufskizze, Programmieranleitung, LS 6.1 Merkmale von CNC-Maschinen LS 6.1 Funktionsweise von CNC-Maschinen, Wegmesssysteme, Antriebssysteme, Lage- und Geschwindigkeitsregelkreis LS 6.1 Koordinatensysteme, Null- und Bezugspunkte LS 6.1 Steuerungsarten LS 6.1 Bemaßungsarten LS 6.2 Programmaufbau, Satzaufbau, Syntax LS 6.1 Wegbedingungen, Zusatzfunktionen LS Technologiedaten LS Qualitätsmanagement; Prüfplan, Oberflächenbeschaffenheit, Toleranzen LS 6.5 Dokumentation LS 6.2 Datensicherung LS Fertigungskosten, Wirtschaftlichkeit, Produktqualität LS 6. Normen LS

16 Feinwerkmechaniker

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18 .3 Konkreter Unterricht Unterrichtsbeispiel zu LS 6.1 Zeitrichtwert LF 6 60 LS Thema BT Merkmale von CNC-Maschinen BTL Programmaufbau BTW Einführung CNC-Maschine / Null- und Bezugspunkte Ablauf Bemerkungen BT BTL BTW s. Anlage Seite 25 Die Bauteile der CNC-Fräsmaschine werden erklärt und die Leistungsmerkmale festgelegt. Gruppenteilung Mit Hilfe des Handbuches werden die Funktionstasten definiert und beschrieben. Lehrerzentriert Fragend-Entwickelnd s. Anlage Seite 26 Gruppenarbeit (schulspezifische Tastatur) Die Zuordnung der Koordinatenachsen und die Bestimmung der Referenzpunkte wird durch die Schüler ermittelt und auf dem Arbeitsblatt dokumentiert. An der CNC-Maschine wird der Werkstück- Nullpunkt mit verschiedenen Hilfsmitteln festgelegt und die positiven oder negativen Korrekturmaße werden ermittelt. s. Anlage Seite 27 Gruppenarbeit präsentieren Fragend-Entwickelnd s. Anlage Seite

19 Anlagen zu LS 6.1 Seitenflansch Seite 25 BTL CNC - Fräsen, Bauteile und Leistungsmerkmale Seite 26 BTW CNC - Fräsen, Referenz und Maschinennullpunkt Seite 27 BTW CNC - Fräsen, Werkstücknullpunkt Seite 28 BTW - 2 -

20 Feinwerkmechaniker

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24 Landesinstitut für Schulentwicklung Rotebühlstraße Stuttgart