PRODUKTIONSMITTELLABOR WS 2014/15

Transkript

1 PRODUKTIONSMITTELLABOR WS 2014/15 Versuch MASCHINENFÄHIGKEIT nach VDMA 8669 Ort Labor für Produktionstechnik, Raum F015 und F103 Laborleitung Prof. Gravel, Catakli Aufgabe: Fertigung und Prüfung von 50 Werkstücken nach VDMA 8669 (Prüfung der Maschinenfähigkeit), übertragen auf eine nicht-werkstückgebundene Maschine. Werkstück : AlMgCuPb, Aufnahme im Spannfutter Röhm KFD-HS 200/3, Spanndurchmesser 63 mm. Zu prüfende Werkzeugmaschine: EMCOTURN 365 mit Steuerung SINUMERIK 810 D Werkzeug: Halter Sandvik DCGT 11T304FN-ALU, Hartmetall-Schneidplatte beschichtet, Sorte AT 10 von ARNO, Schneidenradius 0,8 mm Schnittdaten: vc = 220 m/min, f = 0,15 mm, Zustellung a p = 0,5 mm Toleranz der Werkstücke = IT 7 Bearbeitungszeit: ca. 35 min Aufgabenstellung: Für das Schlichten eines Werkstückes aus einer Aluminium-Legierung sind die Kennwerte zur Beurteilung der Maschine nach VDMA 8669 zu ermitteln. Verlangt werden die Maschinenfähigkeitindizes C m 2,00 und C mk 1,67. Die Messungen der Kenngröße (hier Durchmesser) sind mit zwei Bügelmessschrauben parellell durchzuführen. Das Formblatt des VDMA soll in vollem Umfang verwendet werden, obgleich es sich im vorliegenden Fall um eine nicht werkstückgebundene Maschine handelt. Besonders herauszuarbeiten sind: Der Einfluss des Prüfverfahrens, Ergebnisse mit Diskussion und konstruktive Ursachen der Abweichungen. Die Versuchsergebnisse sind im Kolloquium zu diskutieren und in einem Bericht zusammenzustellen. Anmerkung: Aufgrund der Kürze der Zeit wird ein für diese Aufgabe nicht optimales Messmittel verwendet. Dadurch entsprechen die im Versuch Ermittelten Kennwerte nicht den tatsächlichen Werten dieser Werkzeugmaschine. PML - 1/5

2 Die Maschinenfähigkeit: Die Genauigkeit einer Werkzeugmaschine wird im Allgemeinen nach DIN 8601 beurteilt. Diese lastfreien Prüfungen dienen dem Nachweis der geometrischen Eigenschaften der Werkzeugmaschine. Die Automobilindustrie und andere Industriezweige mit Serienproduktion wenden zur Bewertung von Fertigungsprozessen eine Fähigkeitsuntersuchung an. Sie wird angewendet um die Maschineneigenschaften im Bezug zu einem bestimmten Teilespektrum zu beurteilen. Die dadurch gewonnenen Aussagen sind nur für die untersuchte Produktionsaufgabe gültig und von einer Vielzahl maschinenexterner Einflussfaktoren abhängig. Die Fähigkeit der Maschine beschreibt letztlich die Qualität der Teile, die darauf bearbeitet werden. Die Maschinenfähigkeit erlaubt eine Aussage darüber, mit welchem Anteil Ausschuss und Nacharbeit beim Betrieb der betreffenden Maschine zu rechnen ist. Mit diesem Wissen über die Eigenschaften der Maschine, ist man in der Arbeitsvorbereitung in der Lage, die Teilefamilien produktionsgerecht zu verteilen. Natürlich kann diese Prüfung auch für Neumaschinen angewendet werden. Die Fähigkeit einer Maschine oder eines Prozesses wird mit Kennzahlen erfasst. Diese Indizes sagen aus, wie gut eine Maschine oder ein Prozess die Anforderungen erfüllt. Im Gegensatz zur Prozessfähigkeit erfolgt die Untersuchung der Maschinenfähigkeit (C m, C mk ) nur über eine kurze Zeit. Eine ausreichende Maschinenfähigkeit ist eine notwendige Voraussetzung für einen fähigen Prozess. Der Nachweis der Prozessfähigkeit (C p, C pk ) muss über einen längeren Zeitraum erfolgen. Die Prozessfähigkeit setzt sich aus der Maschinenfähigkeit der am Prozess beteiligten Maschinen und weiteren Prozessparametern wie Einflüssen der Maschinen, des Materials und der Bediener zusammen. Sie wird über eine Prozessfähigkeitsuntersuchung bestimmt. Sie ist eine Analyse aller an einem Herstellungsprozess beteiligten Einflussfaktoren hinsichtlich ihrer Eignung, um die geplante Fertigungsaufgabe innerhalb vorgegebener Qualitätsanforderungen zu erfüllen. Ziele der Laborübung: Praktische Umgang mit Geräten und Einrichtungen der Fertigung- und Messtechnik Gewinnung von vertiefenden Kenntnissen über den Vorlesungsinhalt hinaus Anfertigung eines Laborberichts nach Maßgaben zur Erstellung wissenschaftlicher Arbeiten Befähigung zur Teamarbeit durch Arbeit in der Gruppe Voraussetzungen: mindestens 50 Teile fertigen und messen Werkzeug nicht im Neuzustand einsetzen, wegen des hohen anfänglichen Verschleißes Der Versuchsablauf ist zeitlich zu erfassen Vor Beginn des Messens sind die Messgeräte (Bügelmessschrauben von Mitutoyo) einzustellen und zu kalibrieren Vor- und nach dem Versuch ist die Temperatur der Hauptspindel und die Raumtemperatur zu messen Der Prozess ist auf Toleranzmitte einzustellen Merkmal (hier Durchmesser) messen und Ergebnisse festhalten Ergebnis auf Stabilität prüfen* Standardabweichung und Mittelwert berechnen* Fähigkeitsindizes C m und C mk bestimmen* * wird durch ein vorhandenes Excel-Auswertungsprogramm nach VDMA 8669 durchgeführt PML - 2/5

3 Durchführung: Bevor die Fertigung stattfindet, ist der Prozess auf den Sollwert einzustellen und es soll überprüft werden, ob die Forderung nach Exzentrizität erfüllt ist. Dazu dient der so genannte Vorlauf. Dies geschieht durch Fertigen von fünf Werkstücken und wiederholtes Einstellen des Istmaßes auf die Toleranzmitte. Während des Vorlaufes soll anhand der Fertigung von zusätzlichen fünf Werkstücken in Folge überprüft werden, ob der kritische Abstand des Mittelwertes von den Toleranzen xkrit ist. Dabei wird das Merkmal gemessen, der Mittelwert und die Spanweite berechnet. Das Verhältnis der Soll-Ist- Differenz zum Toleranzfeld gibt an, wie gut der Prozess auf die Toleranzmitte eingestellt ist. Damit soll xkrit 0.45.T sein. Steigende Exzentrizität schränkt den verbleibenden Bereich ein, den die Fertigung ausnutzen kann. Ist die Forderung nach Exzentrizität nicht erfüllt, ist der Vorlauf zu wiederholen. Fertigung: Vorab sollen die Messmittel anhand des vom Hersteller zur Verfügung gestellten Einstellnormals eingestellt und mit Endmaßen kalibriert werden. Bevor mit der Fertigung der 50 er Serie begonnen wird, ist ein Dummy zu fertigen, damit die Taktzeit auch für Teilenummer 1 eingehalten wird, denn die 50 Werkstücke sollen aus Gründen der Wärmeentwicklung der Hauptspindel und des Achsantriebstrangs möglichst im gleichen Zeitrytmus gefertigt werden. Eine Unterbrechung der Fertigung zwischendurch ist nicht gestattet. Auswertung: Darstellen der Ergebnisse als Einzelwertkarte Trendbereinigung: Um die Aussage über die Maschine nicht zu verfälschen wird der Trend, der durch die Thermik und/oder durch den Werkzeugverschleiß entsteht bereinigt. Ausreißerprüfung: Ausreißer sind Messwerte, die nicht mit der Verteilungsannahme zu vereinbaren sind. Hier wird nach Grubbs ein Ausreißertest durchgeführt. Bei einem Ausreißer darf dieser aus dem Datensatz entfernt werden. Anschließend ist der Test zu wiederholen. Beim Vorhandensein von mehr als einen Ausreißer ist nach Gründen zu suchen und die Prüfung zu wiederholen. Stabilitätsprüfung: Ein wichtiger Punkt, der immer beachtet werden muss, ist, dass die Fähigkeit nur dann beurteilt werden kann, wenn der Prozess stabil ist, d.h. wenn der Prozess sich unter statistischer Kontrolle befindet und keine unerklärte Streuung zeigt. Wenn die einzelnen Mittelwerte die obere Stabilitätsgrenze nicht überschreiten und die untere Stabilitätsgrenze nicht unterschreiten nimmt man an, dass die Mittenlage des untersuchten Fertigungsvorgangs stabil ist. Die Begrenzung der Stabilität der Standardabweichungen erfolgt lediglich nach Oben. Histogramm: Die Gesamtmenge der auf einer Maschine bearbeiteten Teile bezeichnet man als Grundgesamtheit. Die Maße der Teile streuen infolge verschiedener Einflüsse über einen bestimmten Bereich. Trägt man über der Maßskala (x) nach geeigneter Klasseneinteilung (hier n Klassen) die absolute Häufigkeit über der Maßskala y auf, so entsteht eine Häufigkeitsverteilung. Das Histogramm ist ein grafisches Mittel zur anschaulichen Darstellung der Häufigkeitsverteilung eines Merkmals (hier Durchmesser), welche rein numerisch als Zahlenfolge schwer zu übersehen sind. Es erlaubt einen Überblick darüber, ob eine Normalverteilung gegeben ist. PML - 3/5

4 Ermittlung der Kurzzeitfähigkeitsindizes C m und C mk Der Kurzzeitfähigkeitsindex C m gibt Auskunft über das Kurzzeitverhalten der Maschine, ob sie fähig ist, um die konkrete Fertigungsaufgabe zu erfüllen. Toleranz steht im direkten Zusammenhang zu Fähigkeitsindizess. Vergleicht man die Streubreite eines Prozessmerkmals mit seiner Toleranz, erhält man den Fähigkeitsindex: C m = T / 6 * σ d Der kritische Fähigkeitsindex C mk berücksichtigt die Lage des arithmetischen Mittelwertes zu den Toleranzgrenzen. In der Regel kann dieser Wert bei fähigem C m -Wert durch Einstellung der Maschine oder des Werkzeuges beeinflusst werden. Die genaue Einstellung des Prozesses auf den Sollwert ist nur dann von Bedeutung, wenn kritische Fähigkeit abnahmerelevant ist. Der kritische Wert beschreibt, wie gut der Prozess zentriert ist. Es lassen sich zwei Werte für C mk ermitteln, wobei der kleinere von Beiden ausschlaggebend ist!!! Unterer C mk - Wert: C mku = : ( x - UGW) / 3 * σd Oberer Cmk -Wert: C mko = : (OGW - x ) / 3 * σd Literatur: VDMA 8669 Fähigkeitsuntersuchungen zur Abnahme spanender Werkzeugmaschinen Dietrich / Schulze Statistisches Verfahren zur Maschinen- und Prozessqualifikation, 5. Auflage 2005 Carl Hanserverlag DIN 8601 Abnahme von Werkzeugmaschinen VDI/DGQ 3441/42 Grundlagen/Statistische Prüfung der Arbeitsgenauigkeit der Drehmaschinen Hinweise: Im Labor sind geschlossenes Schuhwerk und eng anliegende Kleidung (kurze Hose) zu tragen. Lange Haare dürfen nicht offen getragen werden. Den Anweisungen der Laborleiter ist Folge zu leisten. Voraussetzung für die Anerkennung des Labors ist die Teilnahme an der gesamten Labordurchführung. Die selbstständige Erarbeitung des Protokolls ist von jedem Gruppenmitglied nachzuweisen. PML - 4/5

5 Erklärung Protokollführer: Hiermit versichere ich, Name: Vorname: dass ich das vorliegende Protokoll für den Versuch Lehrveranstaltung: Versuch: ohne fremde Hilfe, außer durch unten angegebene Laborgruppenmitglieder, selbstständig verfasst und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel benutzt habe. Wörtlich oder dem Sinn nach aus anderen Werken entnommene Stellen sind unter Angabe der Quellen kenntlich gemacht. Ort Datum Unterschrift Protokollführer Gruppenmitglieder: Hiermit bestätigen wir, Name: Vorname: dass wir mit den Inhalten und der Form des vorliegenden Protokolls vertraut und inverstanden sind. Unterschriften Gruppenmitglieder PML - 5/5