300 Minuten, zuzüglich 15 Minuten Einlesezeit

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 2 Hinweise für den Schüler Bearbeitungszeit: 300 Minuten, zuzüglich 15 Minuten Einlesezeit 1 Erlaubte Hilfsmittel - Tabellenbuch nach Vorgabe der Fachlehrer - Netzunabhängiger Taschenrechner - Formelsammlung nach Vorgabe 2 Prüfungskomplexe/Punktzahl Komplex 1 Seite 3-5 Fertigen von Maschinenbauteilen 40 Punkte Komplex 2 Seite 6-7 Steuerungstechnik 40 Punkte Komplex 3 Seite 8 Maschinen zur Energieumwandlung 30 Punkte Komplex 4 Fertigen von Maschinenbauteilen auf CNC-Drehmaschinen Seite 9-15 40 Punkte oder Fertigen von Maschinenbauteilen auf CNC-Fräsmaschinen Seite 16-22 40 Punkte

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 3 Prüfungskomplex 1: Fertigen von Maschinenbauteilen Aufgabenstellung: Die Rändelbuchse (Bild 1) aus Rd DIN 1798-65 x 46 16MnCr5 DIN EN 10 084 soll auf einer Universaldrehmaschine gefertigt werden. 1 Stellen Sie einen tabellarischen Fertigungsablauf (Arbeitsblatt 1) für das Drehen der Außenkontur (außer Rändeln) auf. 2 Wie groß sind die Schnittkraft, die Antriebsleistung (η = 0,8) und das Spanungsvolumen für das Drehen auf den Durchmesser d = 45 mm? 3 Ermitteln Sie die Hauptnutzungszeit für den Arbeitsgang aus 2. für die Schruppbearbeitung. 4 Die Rändelbuchse mit dem Passmaß 45 f7 wird in ein Gehäuse mit dem Maß 45 H7 gefügt. Ermitteln Sie die Grenzmaße, das Höchst- und Mindestspiel und zeichnen Sie die Lage der Toleranzfelder maßstäblich. 5 Nennen Sie Möglichkeiten für das Messen der Passmaße an der Rändelbuchse. 6 Welche Bedeutung haben die Angaben zur Lagetoleranz und Oberfläche in der Zeichnung? Hinweis: Arbeitswerte und Werkzeuge entnehmen Sie bitte aus den zugelassenen Tabellenbüchern.

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 4 Bild 1 Rändelbuchse

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 5 Arbeitsblatt 1 Fertigungsablauf Nr. Arbeitsverrichtung Werkzeuge u. Prüfmittel

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 6 Prüfungskomplex 2: Steuerungstechnik Aufgabenstellung: 1 An einer Pressvorrichtung sollen Verpackungen mithilfe eines Schmelzklebstoffes verschlossen werden. Dazu ist ein doppeltwirkender Zylinder (DWZ) einzusetzen. Die Presszeit soll einstellbar sein und erst dann zu laufen beginnen, wenn der Kolben seine vordere Endlage erreicht hat und der notwendige Druck im Zylinder aufgebaut ist. Wenn der DWZ nach dem Arbeitsvorgang seine hintere Endlage wieder erreicht hat, soll mit einem 2. DWZ die Verpackung aus der Form geschoben werden. Anschließend fährt dieser Zylinder automatisch zurück. Randbedingung: (1) Vorgang startet durch kurze Tastung (3/2 Wegeventil) und darf nur erfolgen, wenn der 1. DWZ seine hintere Endlage eingenommen hat. (2) Der Kolben soll jederzeit durch einen NOT-Schalter zurückgefahren werden können. Aufgabe: a) Zeichnen Sie das Weg-Schritt-Diagramm für die beiden Zylinder mit den notwendigen Signallinien. b) Entwickeln Sie den pneumatischen Schaltplan und beschriften Sie ihn. 2 An einer großen Prägemaschine wurde der Pressvorgang durch einen von zwei Tastern ausgelöst. Dies brachte eine erhöhte Unfallgefahr. Um die Gefahren zu verringern, wurde ein zusätzlicher dritter Taster eingebaut. Demnach soll die Presse erst arbeiten, wenn mindestens zwei der drei Taster betätigt werden. Das Hochfahren der Presse soll geschehen, wenn einer der Taster losgelassen wird. Aufgabe: a) Schreiben Sie eine Zuordnungstabelle für die Bauteile. b) Zeichnen Sie den Logikplan für die Ausfahrbedingung des Zylinders. c) Lösen Sie diese Aufgabe über SPS, wählen Sie dabei eine Programmiersprache Ihrer Wahl. 3 In einer Hebevorrichtung sollen durch einen Hubzylinder in einer Minute 3 Behälter mit einer Masse von 110 kg um 500 mm angehoben werden. Der Arbeitsdruck beträgt 7 bar. Der Wirkungsgrad des Zylinders beträgt 82 %. Aufgabe: Berechnen Sie den erforderlichen Durchmesser des Hubzylinders.

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 7 Arbeitsblatt 2 Vorlagen Steuerungstechnik Aufgabe 1 a) Weg-Schritt-Diagramm 0 1 2 3 4 1 0 1 0 Aufgabe 2 a) Zuordnungstabelle c) Anweisungsliste Bauteil Parameter Adresse Parameter 001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 011 012 013 014

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 8 Prüfungskomplex 3: Maschinen zur Energieumwandlung Aufgaben: 1 Rudolf Diesel entwickelte den nach ihm benannten Motor auf der Grundlage theoretischer Überlegungen. Bis zur Serienreife waren zahlreiche Probleme zu lösen. Heute ist der Dieselmotor eine zuverlässige Wärmekraftmaschine. 1.1 Was ist eine Wärmekraftmaschine? 1.2 Welche Überlegungen führten zur Entwicklung des Dieselmotors? 1.3 Welches Hauptproblem musste in diesem Zusammenhang gelöst werden? 2 Stellen Sie die besonderen Leistungen Rudolf Diesels bei der Entwicklung und dem Bau des nach ihm benannten Motors dar. 3 Von einem 6-Zylinder-Viertakt-Dieselmotor für einen LKW sind folgende Daten bekannt: Bohrung d = 98 mm Hub s = 127 mm mittlerer innerer Kolbendruck p i = 8,4 bar Motorendrehzahl n = 2660 min -1 mechanischer Wirkungsgrad η m = 0,87 Pleuelwinkel γ = 12 nach OT Zu ermitteln sind: 3.1. die mittlere Kolbenkraft bei p i 3.2. die Normal- und Pleuelkraft sowie die Reibkraft an der Kolbenwandung mit µ = 0,01 3.3. die Berechnung und Darstellung der Innen-, Effektiv- und Verlustleistung im Sankeydiagramm 3.4. das effektive Drehmoment

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 9 Prüfungskomplex 4: Fertigen von Maschinenbauteilen auf der CNC-Drehmaschine Aufgabenstellung: Die dargestellte Buchse, Rohteil 80 x 100 (Bild 2), soll auf einer CNC-Schrägbett- Drehmaschine gefertigt werden. Die Programmierung erfolgt nach DIN 66025, der Werkzeugträger befindet sich hinter der Drehmitte. Das Werkstück soll beim Vordrehen für Durchmessermaße und Längenmaße ein Aufmaß von 1 mm erhalten. Beim Übergang vom Schruppen zum Schlichten ist die Schneidenradiuskompensation zu berücksichtigen. Benutzen Sie für die Programmierung die Befehlscodierung aus dem Tabellenbuch Metall und verwenden Sie für die Werkzeugauswahl den Werkzeugkatalogauszug 1. Aufgaben: 1 Stellen Sie die Fertigungsfolge für die Programmierung mit den dazugehörigen Werkzeugen auf. (Verwenden Sie das Arbeitsblatt 3) 2 Erstellen Sie das erforderliche CNC-Programm zur Fertigung des Werkstücks. (Verwenden Sie das Arbeitsblatt 4) 3 Beantworten Sie aus den Grundlagen der CNC-Technik folgende Fragen: 3.1 Stellen Sie den Lageregelkreis einer CNC-Maschine dar. 3.2 Erläutern Sie den Unterschied der Bemaßungsarten in der CNC-Technik. 3.3 Was verstehen Sie unter einem Kugelumlaufsystem? 3.4 Wie können die Bewegungen in den einzelnen Achsen auf einer CNC-Maschine gemessen werden? 3.5 Welche genormten Arbeitszyklen gibt es beim Drehen?

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 10 Bild 2 Buchse

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 11 Werkzeugkatalogauszug 1 Werkzeuge für Außenbearbeitung Werkzeugnummer T 01 T 02 T 03 T 04 T 05 Schneidenradius 0,8 mm 0,8 mm 0,4 mm b= 2mm - Schneidstoff P 20 P 20 P 10 P 10 P 10 Vorschub / Steigung 0,4 mm 0,4 mm 0,2 mm 0,1 mm 1,5 mm Werkzeuge für Innenbearbeitung Werkzeugnummer T 06 T 07 T 08 T 09 T 10 Benennung Querlage 20 mm 20 mm 20 mm d = 3 mm d = 20 mm Benennung gebogener gerader abgesetzte Stechdreh- Gewindedrehmeiß. Drehmeiß. Drehmeiß. Drehmeiß. meiß. Einstellwinkel κ 45 70 90 - - Schnittgeschwindigkeit 300 m / 300 m / 350 m / 140 m / 120 m / min min min min min max. Schnitttiefe 5 mm 5 mm 1 mm - - Innendrehmeißel Inneneckdrehmeißestechdreh- Innenmeißel Zentrierbohrer Spiralbohrer Schnittgeschwindigkeit min min min min min 200 m / 200 m / 140 m / 140 m / 180 m/ max. Schnitttiefe 2 mm 1 mm - - - Schneidstoff P 20 P 10 P 10 HSS HSS Vorschub 0,3 mm 0,1 mm 0,1 mm 0,05 mm 0,05 mm

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 12 Arbeitsblatt 3 Fertigungsfolge für die CNC-Programmierung Nr. Arbeitsschritte Werkzeug

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 13 Arbeitsblatt 4 Programmblatt Unter- Weg- Interpolations- Parameter Umdrehungs- Zusatzfunktion für Zyklen und Nr. programm beding. Koordinaten Vorschub frequenz Werkzeug Verweilzeit L G X Y Z I J K F S T D H R P Q M

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 16 Prüfungskomplex 4: Fertigen von Maschinenbauteilen auf der CNC-Fräsmaschine Aufgabenstellung: Das Frästeil (Bild 3) soll auf einer Senkrechtkonsolfräsmaschine gefräst werden. Werkstoff : AlCuMgPb DIN 1747 Rohteilmaße : 150 x 100 x 30 Programmstartpunkt/Werkzeugwechselpunkt : x = - 50 y = - 50 z = 100 Zusatzinformationen zur CNC-Fräsmaschine - Für die Steuerung der CNC-Maschine gilt die Befehlskodierung nach DIN 66025 - Die Ebenenauswahl G 17 braucht deshalb nicht im Programm angegeben werden. - Der Werkzeugwechsel erfolgt von Hand im Werkzeugwechselpunkt. - Das Werkstück ist im Gleichlauf zu fräsen. - Startpunkt für die Fertigung der Außenkontur ist der Punkt A, der über die x-achse angefahren werden soll. - Verwenden Sie für die Werkzeugauswahl den Werkzeugkatalogauszug 2. Aufgaben: 1 Tragen Sie die Arbeitsfolge und die Werkzeugauswahl für die Fertigung in das Arbeitsblatt 5 ein. Für den Arbeitsplan sind die Drehzahlen der verwendeten Werkzeuge zu ermitteln. 2 Berechnen Sie die Koordinaten der Konturpunkte P 1 bis P 4 aus der Zeichnung und tragen Sie diese Werte in eine Tabelle ein. Hinweis: Alle Nebenrechnungen zur Konturpunktbestimmung und den Drehzahlen sind der Arbeit beizufügen. 2.1 Erstellen Sie das CNC-Programm zur Fertigung des Werkstückes auf dem Arbeitsblatt 6. 3 Beantworten Sie folgende Fragen: 3.1 Erläutern Sie mithilfe einer Skizze die absolute und inkrementale Maßumsetzung in der Programmierung. 3.2 Welche wesentlichen Vorteile ergeben sich durch den Einsatz der CNC-WZM im Fertigungsprozess?

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 17 Bild 3 Frästeil

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 18 Werkzeugkatalogauszug 2 Werkzeug-Nr. T1 T2 T3 T4 T5 T6 Benennung Kegelsenker Schaftfräser Schaftfräser Schaftfräser Spiralbohrer Spiralbohrer 90 Schneidstoff HSS HSS HSS HSS HSS HSS Werkzeugdurchmesser Anzahl der Schneiden Schnittgeschwindigkeit Vorschubgeschwindigkeit Schnitttiefe max. 12 mm 40mm 20 mm 10 mm 8 mm 5 mm 9 5 4 3 2 2 10 m/ min 25 m/ min 40 m/ min 35 m/ min 25 m/ min 20 m/ min 100 mm/ min 100 mm/ min 80 mm/ min 60 mm/ min 65 mm/ min 80 mm/ min 3 mm 5 mm 6 mm 4 mm

Abitur 2004 Metalltechnik Lk Seite 19 Arbeitsblatt 5 Fertigungsfolge für die CNC-Programmierung Nr. Arbeitsschritte Werkzeug