Erziehungsdepartement des Kantons Basel-Stadt Allgemeine Gewerbeschule Basel Lehrwerkstätte für Mechaniker Inhaltsverzeichnis CNC-Drehen CNC Drehmaschinen Steuerbare Maschinenteile Vorschubachsen Vorschubantriebe Messeinrichtung Arbeitspindel Werkstück Spanmittel Werkzeugwechseleinrichtung Drehachsen und weitere Vorschubachsen Werkzeuge Werkzeughalter Werkzeugmasse CNC Steuerungen Programmierbare Funktionen Steuerungsarten Steuerung von Maschinenfunktionen Steuerungsbestandteile Bedientafel Bedienelemente für Maschinenfunktionen Bedienelemente für die Programmierung Externe Zusatzgeräte Arbeitsweise des Rechners Anpass- und Achsensteuerung, Leistungsteil Technologische Grundlagen des Spanens Einflüsse auf das Spanen Maschine Werkzeug Kühlmittel Werkstück Werkstoff Daten des Spanens beim Drehen Vorschub Schnitttiefe Drehzahl / Schnittgeschwindigkeit NC spezifische Besonderheiten beim Spanen Schleppfehler / Genauhalt Verschleisskorrektur / Standzeit Freigabe: 2. September 2010
Geometrische Grundlagen für die Programmierung Koordinatensystem Koordinatensystem mit 2 Achsen Koordinatensystem mit 3 Achsen Koordinatensystem mit 4 und mehr Achsen Maschinenkoordinatensystem Drehwinkel / Polarkoordinaten Nullpunkte und Bezugspunkte Maschinennullpunkt Referenzpunkt Werkstücknullpunkt Werkzeugbezugspunkt Verfahrbewegungen Geradeinterpolation Kreisinterpolation Werkzeug- bzw. Schneidenradiuskompensation NC-gerechte Bemassung Bezugsmasse,Kettenmasse Wahl des Werkstücknullpunktes Aufteilung in Konturelemente Bemassungsmöglichkeiten für Gerade und Kreis NC- Programmierung Funktion und Aufbau von NC-Programmen Aufbau eines NC-Programms NC Programmiersprache Wichtige Programmieranweissungen G-Befehle NC Programmbeispiel NC Organisation Programmerstellungsarten AV-Programmierung Werkstattprogrammierung Manuelle und maschinelle Programmierung Daten für die Programmierung Werkstückzeichnung., Arbeitsplan, Spandaten-Tabellen Programmier- und Bedienungshandbuch Werkzeugkartei und Spannmittelkartei Programmierblatt / Einrichtblatt mit Werkzeug und Aufspann blatt 2
Aufbau einer CNC Maschine Stand 1999 Maschinengestell Schrägbett Hauptantriebsmotor mit Winkelschrittgeber X Achsen Antriebsmotoren mit Drehgeber oder Lineal Z Achsen Antriebsmotoren Drehgeber Kugelumlaufspindel in allen Achsen Werkzeug-Wechsler Steuerung Reitstock Manuel Gegenspindel 2er oder sogar 3er Werkzeug-Wechsler mit angetriebenen Werkzeugen und Y-Achse 3
Moderne CNC-Drehmaschinen Stand 2004 Maschinengestell Schrägbett Hauptantrieb mit Hohlspindelmotor X Achsen mit Linearführungen und Linearantrieb Z Achsen mit Linearführungen und Linearantrieb Steuerung Reitstock gesteuert Gegenspindel 2er Werkzeug-Wechsler 3er Werkzeug-Wechsler mit angetriebenen Werkzeugen und Y-Achse die um 180 Schwenkbar ist und mit einem Werkzeugmagazin von bis zu 100 Werkzeugen ausrüstbar ist. 4
Messsysteme und Antriebe Drehgeber Lineal Vorteile der einzelnen Systeme Drehgeber Lineal Tiefe Kosten bei grossen Maschinen. Hohe Wiederholgenauigkeit Kompakt und sauber Kein Fehler im Messsystem Bei beiden Messsystemen wird unterschieden zwischen inkrementaler Positionsmessung und absolut Positionsmessung. Bei denn absoluten Positionsmessung wird eine codierte Messskala verwendet, die zu jeder Zeit die genaue Position des Schlittens, bezogen auf den Maschinennullpunkt, anzeigt. 5
Vorschubantrieb Die Kugelgewindemutter enthält ein System von Kugeln wodurch eine reibungsarme Kraftübertragung von der Spindel auf den Schlitten gewährleistet ist. Die beiden Hälften der Mutter sind gegeneinander verspannt, so dass bei den Schlittenbewegungen aufgrund des geringen Gewindespiels eine hohe, wiederholbare Genauigkeit erreicht wird. Damit die Vorschubeinrichtung bei ungewollten Kollisionen geringen Schaden nehmen, kann der Vorschub über eine Rutschkupplung erfolgen. Durch diese wird der Vorschubantrieb sofort stillgesetzt, wenn der Schlitten auf ein Hindernis stösst. Werkstück Spanmittel 6
Werkzeugwechsler und Werkzeuge WZ-Revolver ausgerüstet für Stangenarbeit. Vorbereitetes WZ für den nächsten Auftrag. Aufbau eines Linearmotors Vorteile der Linearführungen sind die hohen Vorschubgeschwindigkeiten, geringe Reibung und der Stichslip Effekt der Wegfällt. Der Nachteil sind die hohen Belastungen bei den geringen Auflageflächen und die geringe Dämpfung der Schwingungen. Der grossen Vorteil des Linearmotors sind die vielen Bauteile die wegfallen mit den möglichen Fehlern die die Toleranzen der einzelnen Achsen stark beeinflussen. Was die Herstellung vereinfacht und auch den Unterhalt entlastet. 7
Steuerungsarten CNC Steuerungen Programmierbare Funktionen In diesem Kapitel werden die Hauptmerkmale von Steuerungen und die dadurch gegebenen Steuerungsmöglichkeiten erläutert. Die Steuerung von Werkzeugmaschinen, die heute in Betrieb genommen werden, sind fast ausschliesslich CNC-Systeme. Da aber immer wieder von NC-Programmen und NC-Technologie gesprochen wird ist es wichtig den unterschied zwischen NC und CNC zu Kennen. Extern erstellte NC-Programme mit Einrichtblätter NC- Steuerung NC Programme und Einrichtdaten Einlesen und Anpassen NC- Steuerung Einrichten genau nach Einrichtblatt Werk- zeug- Maschine Einrichten mit weniger Vorgaben Werkzeugmaschine NC-Systeme besitzen an der Werkzeugmaschine eine Steuerung, in die extern erstellte NC-Programme eingelesen werden (z.b. über das DNC-Netz). Der Bediener kann diese NC-Programme -starten und unterbrechen -aber nicht ändern. Die Werkzeuge und Spannmittelmasse sind in den Programmen bereits berücksichtigt. Der Maschinenbediener muss Werkzeuge und Spannmittel genau nach Angabe im Einrichtblatt einsetzen bzw. montieren. CNC-Systeme verfügen über einen Rechner, der es dem Bediener ermöglicht NC- Programme nicht nur zu starten, sondern -selbst zu schreiben und einzugeben -sowie nach Eingeben bzw. Einlesen zu verändern. Die Werkzeug- und Spannmittelmasse können beim Einrichten unabhängig vom NC- Programm in die Steuerung eingegeben werden; im Automatikbetrieb werden sie automatisch berücksichtigt. Die Maschinen benötigen deshalb weniger Vorgaben auf dem Einrichtblatt. Er kann Werkzeuge und Spannmittel wenn nötig selber auswählen. Keine prinzipiellen Unterschiede zwischen NC- und CNC-Systemen gibt es -bei der Programmiersprache und -in der Bearbeitungstechnologie der Werkzeugmaschine 8
Bahnsteuerungen In Zusammenhang mit der Steuerung von Verfahrbewegungen wird häufig von Geradenund Kreisinterpolationen gesprochen. Geradeinterpolation (Linearinterpolation) Bei Geradeinterpolation berechnet die CNC-Steuerung eine Kette von Punkten auf der geraden Verbindungslinie zwischen zwei Werkzeugpositionen. Während der Werkzeugbewegung von Punkt zu Punkt werden die Achsbewegungen ständig nach reguliert, so dass das Werkzeug nicht mehr als die erlaubte Toleranzbreite von diesen Punkten abweicht. Kreisinterpolation (Zirkularinterpolation) Bei Kreisinterpolation berechnet die CNC-Steuerung eine Kette von Punkten auf der gewünschten Kreisbahn zwischen zwei Werkzeugpositionen. Diese Punkte werden dann dazu benutzt, um die Achsbewegung so zu regulieren, dass das Werkzeug nur innerhalb der vorgegebenen Toleranz von der exakten Kreisbahn abweicht. Entsprechend der Steuerungsart werden CNC-Steuerungen in 3 Unterschiedlich leistungsfähige Grundklassen aufgeteilt, in Punktsteuerungen, Streckensteuerungen und Bahnsteuerungen. ermöglichen das positionieren von Werkzeugen auf programmierte Punkte im Eilgang, wobei das Bearbeitungswerkzeug nicht im Eingriff ist. Je nach Steuerungsmodell werden die Achsantriebe entweder gleichzeitig oder getrennt eingeschaltet, bis die einzelnen Achspositionen erreicht sind. Punktsteuerungen werden z.b. eingesetzt bei Bohrmaschinen Punktschweissanlagen ermöglichen neben dem positionieren im Eilgang auch Achsparallele Verfahrwege. Des Werkzeuges in der gewünschten Bearbeitungsgeschwindigkeit. Es wird immer nur ein Achsantrieb bewegt und in der Verfahrlänge und -geschwindigkeit gesteuert. Eingesetzt wird die Streckensteuerung bei einfachen Fräs- und Drehmaschinen. 9
Bahnsteuerungen ermöglichen -Positionieren im Eilgang -Achsparallele Vorschübe, -Vorschubbewegungen zu beliebigen Punkten am Werkstück z.b. auf Geraden- und Kreisbahnen. Innerhalb der Bahnsteuerung gibt es jedoch Abstufungen bzgl. Der Fähigkeiten 2 oder mehr Achsen zur Erzeugung von Werkzeugbahnen gleichzeitig zu steuern. Man unterscheidet in diesem Zusammenhang 2D-, 2 l/2d- und 3D-Bahnsteuerungen. Dabei spielt es keine Rolle, wie viel Vorschubachsen die Werkzeugmaschine besitzt. Wesendlich ist, wie viele dieser Achsen gleichzeitig steuerbar sind. Eine 2D-Bahnsteuerung ermöglicht gerade und kreisförmige Werkzeugbewegungen in 2 festen Achsen. Besitzt eine CNC-Maschine 3 Achsen und eine 2D-Bahnsteuerung so kann die 3.Achse nur unabhängig von den beiden anderen Achsen gesteuert werden. (Bei Fräsmaschinen heisst dies: In einer Achse wird zugestellt und mit den beiden anderen Achsen werden Konturen gefräst.) Eine 2 1/2D-Bahnsteuerug ermöglicht gerade und kreisförmige Werkzeugbewegungen in mehreren Arbeitsebenen, wobei immer nur jeweils 2 Achsen in ihrer Bewegung aufeinander abgestimmt werden können. Bei einer CNC Maschine mit 3 Achsen X,Y und Z können wahlweise die X- und Y-Achse oder die X- und Z-Achse oder Y- und Z-Achse gleichzeitig gesteuert werden. (Bei Fräsmaschinen heisst dies, das mit allen 3 Achsen zugestellt werden kann, währen mit zwei Achsen die Kontur gefräst wird). Eine 3D-Bahnsteuerung ermöglicht gerade oder auch kreisförmige räumlich Werkzeugbewegungen; d.h. 3 Achsen können in ihrer Bewegung aufeinander abgestimmt werden. (Bei Fräsmaschinen heisst dies, dass beliebige räumliche Konturen gefahren werden können.) 10
Steuerungsbestandteile Siemens Bedientafel mit den ganzen Bedienelementen für die Programmierung im oberen Teil. Im unteren Teil sind die Bedienelemente für die Maschinenbedienung angebracht. Fanuc Bedientafel mit den ganzen Bedienelementen für die Programmierung im oberen Teil. Im mittleren und unteren Teil sind die Bedienelemente für die Maschinenbedienung angebracht. Heidenhain Bedientafel mit den ganzen Bedienelementen für die Programmierung. Heidenhain Bedientafel mit den ganzen Bedienelementen für die Maschinenbedienung. 11
Externe Zusatzgeräte Werkzeugvermessung mit Anschluss auf dass DNC-Netz Werkzeugvorbereitung. Verbunden mit der Werkzeugvermessung, ergibt eine grosse Reduktion der Stillstandszeiten der Maschinen RS 232, Anschluss für das DNC-Netz. Im Werkzeugbau wird wegen der Grösse der Daten dass Programm direkt während der Produktion eingelesen. Programmierplatz mit Anbindung an dass DNC-Netz mit direkter Verbindung auf den Server und die Maschinen. Lochstreifen, Bänder und Disketten sind heute weitgehend aus den Werkstätten verschwunden. Mit älteren PC die direkt an der Maschine angeschlossen sind, können grosse Datenmengen einfach und sicher gespeichert werden. Ein CD-Brenner ist von Vorteil um die Daten zwischendurch zu speichern. Achtung: Neue Maschinen laufen heute oft mit Windows, wenn sie am Netz sind auch sie von Viren gefährdet. 12
Arbeitweise des Rechners CNC Rechner enthalten einen Rechner, der im Wesentlichen aus einem oder mehreren Mikroprozessoren und Speichern besteht. Im Mikroprozessor werden die im Speicher vom Bediener eingegebenen Programmdaten verarbeitete und in die Steuerimpulse an die Werkzeugmaschine umgesetzt. Bedientafel Die Programmdaten bestehen aus -NC-Programmen und -Einrichtdaten (z.b. Werkzeugmasse) Die Verarbeitung der Programmdaten im Mikroprozessor kann der Maschinenbediener über die Bedientafel jederzeit beeinflussen. (z.b. durch einschalten bestimmter Maschinenfunktionen) Durch die elektronischen Abläufe im Rechner entstehen Steuerimpulse an die Werkzeugmaschine. Dabei wird in äusserst kurzen Zeitabständen immer wider überprüft ob die Steuerimpulse (durch Soll/Ist-Vergleich zum gewünschten Ziel geführt haben. Zur Erläuterung ein Beispiel (siehe auch oberes Bild). Im NC-Programm steht eine Anweisung, dass bei einer Drehmaschine der Drehstahl um 100mm verfahren werden soll. Wenn der Mikroprozessor diese Anweisung liest, berechnet er zunächst die Zielposition und startet dann den entsprechenden Vorschubantrieb. Das Wegmesssystem meldet ständig, an welcher Position sich der Drehstahl befindet. Der Mikroprozessor vergleicht, ob diese Position mit der Zielposition übereinstimmt; -bei Nichtübereinstimmung läuft der Vorschubantrieb weiter; -bei Übereinstimmung wird der Vorschubantrieb gestoppt, und es wird die nächste Anweisung im NC-Programm gelesen 13
Anpass- und Achsensteuerung Der Rechner kann die gewünschte Maschinenfunktion an der Werkzeugmaschine nicht direkt auslösen. Vielmehr ist für den Austausch von Impulsen zwischen Rechner und WZ-Maschine eine Zwischenstufe notwendig. Diese Zwischenstufe an der Schnittstelle zwischen Rechner und Werkzeugmaschine besteht im Wesentlichen aus einer Anpass- und Achsensteuerung sowie einem Leistungsteil. Die Anpasssteuerung hat die Aufgabe, Die Schaltimpulse an der CNC-Steuerung für die Werkzeugmaschine umzuformen und zwar so, dass sämtliche Bedingungen an der Maschine, die mit einem Schaltimpuls zusammenhängen, berücksichtigt werden. Beispiel: Von der CNC-Maschine kommt der Schaltimpulse Antrieb -X-Achse ein Die Anpasssteuerung überprüft darauf hin, ob eine Reihe notwendiger Dinge erfüllt sind, wie z.b. -Arbeitsraum geschlossen? -Mechanisches Handrad nicht eingerastet? -Öldruck - Aggregat eingeschaltet? Wenn alle notwendigen Bedingungen erfüllt sind, kann zwar der Antrieb gestartet werden, jedoch müssen gleichzeitig weitere Maschinenfunktionen eingeschaltet werden (z.b. müssen die zugehörigen Kontrolllampen leuchten). Ausserdem muss sichergestellt sein, dass bestimmte Maschinenfunktionen nicht gleichzeitig ausgeführt werden (z.b. dürfen die Spandrücke nicht verändert werden). Die Achsensteuerung hat die Aufgabe, das Zusammenspiel von Messsystem und Vorschubantrieben mit dem Rechner der CNC-Steuerung zu vereinfachen, indem sie bestimmte Regelungsvorgänge selbständig ausführt. Die Schaltimpulse aus CNC- und Anpasssteuerung haben nur geringe elektrische Leistungen, welche zum Einschalten von Motoren, Ventilen usw. nicht ausreichen. Deshalb besitzen CNC-Maschinen einen Leistungsteil, in dem Schaltimpulse mit niedrigem Leistungspegel in Schaltimpulse hoher Leistung umgesetzt werden. Unabhängig davon, welche spezielle Baugruppen eine CNC-Steuerung besitzt und welche Funktionen diese untereinander wahrnehmen, gibt es eine Reihe von elektrischen Elementen, die in jeder CNC-Steuerung eingesetzt werden. Dazu gehören digitaltechnische Grundschaltungen, wie UND-, ODER- und Vergleichsverknüpfungen sowie die verschiedensten Anwendungen von Regelkreisen. 14
Moderne Steuerungseinheiten Schematischer Aufbau eines Linearmotors der heute sehr stark vertreten ist bei Bearbeitungscenter 15
Technologische Grundlagen des Spanens Einflüsse auf das Spanen Maschinen: Mit der eingesetzten Maschine muss die gewünschte Werkstückbearbeitung mit der erforderlichen Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit gut möglich sein. Der Maschinenbediener (Programmierer) muss sich Klarheit verschaffen über die technischen Grundeigenschaften der Maschine, damit er sie bei der Erstellung der NC- Programme berücksichtigen kann. Stabilität Steifigkeit Antriebsleistung Drehzahlbereich Drehzahlstufen Temperaturverhalten Die Konstruktiven Grundprinzipien für den Mechanischen Aufbau der Maschine sind Stabilität, Steifigkeit und Temperaturverhalten. Mit Stabilität bezeichnet man die Fähigkeit der Maschine, äussere mechanische Belastungen so aufzufangen. dass sie sich nicht auf die Werkstückbearbeitung auswirken. Wichtige Einfluss-Faktoren für die Stabilität sind Fundament und Gestell. Mit Steifigkeit bezeichnet man die Einhaltung von Genauigkeiten bei der Kraftübertragung innerhalb der Werkzeugmaschine. Sie wird vor allem beeinflusst durch die Materialeigenschaften, die Lagerungsarten sowie die Grössenauslegung der einzelnen Baugruppen und die Länge der Kraftwege. 16
Mit Temperaturverhalten bezeichnet man die Veränderung der Genauigkeit unter Temperatureinfluss in der Warmlaufphase und bei hohem Umgebungstemperaturen8bei erhöhten Anforderungen an die Genauigkeit wird den Umgebungstemperaturen durch einen Klimaraum begegnet). Die Tatsächlich erreichbare Spanungsleistung hängt in erster Linie von der installierten Antriebsleistung und der dadurch erreichbaren Spindelleistung ab. Für die Programmierung ist vor allem auch die Art des Antriebs wichtig. Je nach Auslegung des Hauptspindelantriebes (Motorart und Getriebe) lassen sich nämlich unterschiedliche Drehzahlen einstellen. Dabei kann es sowohl stufenlose Einstellungen in unterschiedlichen Drehzahlbereichen als auch feste Drehzahlstufen geben. Vorinformation Kühlmittel Wässrige Lösungen besitzen gute Kühlwirkung, aber schlechte Schmiereigenschaften, Umgekehrt ermöglichen fette Ole eine hervorragende Schmierung bei schlechter Kühlung. Arten von Kühlmitteln; Wässrige Lösungen (z.b. Salzlösungen) - Emulsionen (Wasser mit Mineralölen und Zusätzen), - Schneidöle (mit Fett- oder Feststoffzusätzen). Bei der Verwendung von Kühlmitteln ist zu beachten; - Kühlmittel altern und müssen deshalb regelmäßig ausgetauscht werden. - Es gibt Kühlmittelsorten mit Haut schädigender Wirkung; bei diesen muss mit der entsprechenden Schutzverkleidung gearbeitet werden. - Kühlmittel können die Gleitbahnführungen zersetzen; deshalb sollten nur Kühlmittel auf Mineralölbasis eingesetzt werden. Standzeit Spanende Werkzeuge werden nach einer gewissen Zeit im Arbeitseinsatz stumpf und müssen daher nachgeschliffen oder gewechselt werden. Diese Zeitspanne bezeichnet man als Standzeit. Sie wird beeinflusst von; - der Schnittgeschwindigkeit - dem Schneidstoff - dem Werkstoff 17
- dem Spanungsquerschnitt (Querschnittsfläche des noch nicht abgetrennten Spans) - der Häufigkeit der Schnittunterbrechung Bei den meisten Werkzeugen können die Hersteller verlässliche Angaben darüber machen, welche Standzeiten in bestimmten Einsatzfällen zu erwarten sind. Weiterführende Information Verschleiß An den Berührungsflächen zwischen Werkstück und dem Werkzeug tritt Verschleiß auf (Bild a). Bei mechanischer Überbeanspruchung besteht die Gefahr des Werkzeugbruchs. Die Werkzeugschneide wird beansprucht durch; - Druck, - Reibung, - Temperatur und - chemische Reaktionen. Die Beständigkeit gegen diese Beanspruchungen wird heute in unterschiedlichen Maßen von verschiedenen Schneidstoffen erreicht. Einflussfaktoren Werkzeug und Kühlmittel Die Werkzeugauswahl für eine CNC-Bearbeitung muss sich danach richten, - welche Werkzeugaufnahme der Werkzeugträger (z. B. Revolver) besitzt -und vor allem aber welche Konturformen am Werkstück bearbeitet werden müssen. Da und hohe und schnell wechselnde Kräfte aufnehmen müssen, benötigen sie - große Stabilität - und günstiges. Der Haupteinfluss auf das Spanen geht von der aus. Aus Kostengründen wird diese im Allgemeinen klein gehalten, wobei hauptsächlich Wendeschneidplatten eingesetzt werden. Die beeinflusst das Abspanen des Werkstoffs.Wichtige Kenngrößen sind dabei der Spanwinkel y und der Keilwinkel β. Außerdem spielt bei Wendeschneidplatten das Vorhandensein von Spanleitstufen für den Spanbruch eine wesentliche Rolle. 18
Eine allgemeine Eigenschaft der Werkzeugschneide ist die Dauer der Standzeit, die unter den jeweiligen Bedingungen erreicht werden kann. Schneiden mit hoher Standzeit sind in der Regel teurer; Sie verursachen jedoch geringere Rüstkosten. Um die Voraussetzungen für das Spanen allgemein zu verbessern, empfiehlt sich der gezielte Einsatz von Kühlmitteln. Diese haben die Aufgabe, - die an der Schneide entstehende Wärme abzuführen und so die Werkstücktemperatur niedrig zu halten, - durch Schmieren Reibung und Werkzeugverschleiß herabzusetzen, - die Späneabfuhr zu erleichtern. Die Verwendung von Kühlmitteln ermöglicht in der Regel höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Vorinformation Spanformen Einfluss auf die Spanform haben: - Stauchfaktor = Spandicke / Spanungsdicke - Werkstoff - Schnittgeschwindigkeit, - Oberflächengüte der Spanfläche, - Schneidstoff - Spanleitstufen an der Werkzeugschneide Spiralbruchspan Schraubenbruch Günstige Spanformen Bandspan Wirrspan Ungünstige Spanform Weiterführende Information Durch die Werkstückgeometrie und die geforderte Oberflächengüte wird die Auswahl der Wendeschneidplatten beeinflusst: - Die äußere Schneiden form muss zur Bearbeitung der jeweiligen Kontur geeignet sein. - Das Material und die Dimensionierung der Wendeschneidplatte müssen auf die programmierten Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten abgestimmt sein. - Die Eckenrundungen (Schneidenradien) müssen auf die geforderte Oberflächenrauhigkeit und die Mindestvorschübe abgestimmt sein. 19
Einflussfaktoren Werkstück und Werkstoff Ein Programmierer, der ein NC-Programm erstellen möchte, muss aus der Werkstückzeichnung erkennen können, welche Eigenschaften des Werkstücks er besonders beachten muss. Größe und Form des Rohteils beeinflussen - die Auswahl der Spannmittel und die Festlegung der Spanndrücke, - die Auswahl der Werkzeug- und Schneidenformen (z. B. für spezielle Konturen, Außen- oder Innenkontur usw.). Eine unzureichende Stabilität des Werkstücks kann den Einsatz zusätzlicher Hilfsmittel erforderlich machen, um ungewollte Schwingungen und Verformungen des Werkstücks zu verhindern (z. B. Reitstock und Lünette beim Drehen, Sondervorrichtung beim Fräsen). Um eine hohe Oberflächengüte zu erreichen, muss eine günstige Spanbildung (Spanbruch) gewährleistet sein, z. B. durch Werkzeuge, die in ihrer Geometrie auf den Werkstoff abgestimmt sind, und durch hohe Schnittgeschwindigkeiten, bei geringer Zustelltiefe und kleinem Vorschub. Die für ein Fertigteil geforderten Toleranzen legen fest, mit welcher Genauigkeit gearbeitet werden muss (z. B. in welchen Zeitabständen Werkstücke nachgemessen und wann Werkzeug schneiden ausgewechselt werden). Bei der Wahl des Werkstoffs müssen vor allem die Festigkeit und die Zerspanbarkeit berücksichtigt werden. Die Festigkeit ist zu beachten bei der Auswahl der Spannmittel (z. B. Spannbacken) und der Wahl der Spanndrücke. Die Zerspanbarkeit beeinflusst die Auswahl der Werkzeugschneiden und die aufzuwendende Schnittkraft. Sichtbares Zeichen für die Zerspanbarkeit eines Werkstoffes ist eine gute Spanbildung bei hoher Bearbeitungsgeschwindigkeit und gleichzeitig geringem Werkzeugverschleiß und hoher Oberflächengüte. Der Span soll mühelos abgeführt werden können. Dies erreicht man, indem man darauf achtet, dass möglichst gleichmäßig geformte Bruchspäne entstehen. 20
Aufgaben zum Baustein Einflüsse auf das Spanen 1) Mit welchen technologischen Daten kann der Programmierer das Spanen beeinflussen? 2) Wie lauten die 3 mechanischen Eigenschaften der Maschine die über die Genauigkeit der Bearbeitung entscheiden? 3) Wichtige Kenngrößen der Art des Antriebes sind die Antriebsleistung und die möglichen Drehzahlen. Wie kann grundsätzlich die Drehzahleinstellung erfolgen? oder 4) Nennen Sie die 3 Einzelteile, aus denen die Werkzeuge für CNC-Maschinen bestehen; 5a) Wie heißen die Winkel a, und y am Schneidkeil a 5b) Tragen Sie bitte in das Bild an den richtigen Stellen die Winkelbezeichnungen a, /3 und y ein. 6) Wozu dienen Spanleitstufen? Beeinflussung des 7) Welche Aufgaben, abgesehen von der Wärmeabfuhr an der Schneide, erfüllen Kühlmittel noch? 8) Welche Eigenschaften von Roh- und Fertigteil wirken sich in erster Linie auf die Auswahl der Spannmittel und Werkzeuge aus? und 9) Welche Festlegungen in der Werkstückzeichnung werden bei zunehmendem Werkzeugverschleiß überschritten? 21
Vorschub, Schnittiefe Mit Vorschub bezeichnet man die Werkzeugbewegung in Bearbeitungsrichtung (siehe Bild). Die Vorschubgeschwindigkeit wird vom Programmierer festgelegt durch Eingabe des Vorschubweges entweder pro Werkstückumdrehung oder pro Minute. In NC-Programmen besitzt der Vorschub meist den Kennbuchstaben F. Beispiele: F = 0,2 mm/u bedeutet: Vorschub von 0,2 mm pro Umdrehung F=40 mm/min bedeutet: Vorschub von 40 mm pro Minute. Durch den Vorschub wird die Bearbeitungsgeschwindigkeit bestimmt. Deshalb wird er in der Regel so groß gewählt, wie es die Schnittkraft und die geforderte Oberflächengüte erlauben. Mit Schnittiefe bezeichnet man die Tiefe des Eingriffs der Werkzeugschneide senkrecht zur Arbeitsebene (siehe Bild). Sie ergibt sich daraus, wie die Schneide bei der Bearbeitung am Werkstück bewegt wird. Beim Schlichten in Längsrichtung ist sie identisch mit dem Aufmass zur Fertigkontur. Beim Schruppen hängt sie von der Zahl der Schruppdurchgänge ab. Um dabei einen möglichst gleichmäßigen Werkzeugverschleiß zu erreichen, soll die Schnittaufteilung so gewählt werden, dass die Schneidenbreite möglichst gut ausgenutzt wird. Wurde bei schwer zerspanbaren Werkstoffen bereits ein großer Vorschub gewählt, so darf durch die Wahl der Schnittiefe die Schnittkraft nicht zu groß werden. (Die Schnittkraft muss hauptsächlich vom Spindelantrieb aufgebracht werden. Je größer die Schnittkraft, desto stärker ist die Wärmeentwicklung.) 22
Drehzahl, Schnittgeschwindigkeit Die Drehzahl der Arbeitsspindel wird eingegeben - entweder direkt in Umdrehungen pro Minute (min bzw. U/min) - oder anhand von Codezahlen, mit denen die in der Maschine möglichen Drehzahlabstufungen bezeichnet werden. In NO-Programmen besitzt die Drehzahl den Kennbuchstaben 5. Beispiele: S = 1200 min bedeutet: 1 200 Umdrehungen pro Minute. S09 bezeichnet eine codierte Drehzahleingabe (evtl. S09=400min Bei der Eingabe von Drehzahlen muss darauf geachtet werden, dass die Drehrichtung der Spindel (Rechts- oder Linkslauf) richtig gewählt ist. Die Schnittgeschwindigkeit (siehe Bild) entspricht der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstücks an der gerade bearbeiteten Stelle. Sie hängt von der Spindelgeschwindigkeit und dem Drehdurchmesser ab (kleine Drehzahl und kleiner Drehdurchmesser ergeben kleine Schnittgeschwindigkeit; große Drehzahl und großer Durchmesser ergeben große Schnittgeschwindigkeit). Für den Programmierer gibt es ja nach Steuerungstyp zwei verschiedene Wege, die Schnittgeschwindigkeit zu programmieren: 1. Der Programmierer wählt bei den verschiedenen Drehdurchmessern die für die Bearbeitung günstigsten Drehzahlen. 2. Der Programmierer gibt eine konstante Schnittgeschwindigkeit in Meter pro Minute (m/min) in die Steuerung ein; diese berechnet und wählt dann automatisch die für den jeweiligen Drehdurchmesser passende Drehzahl. Drehzahl in U/min bzw. min in m/min Bild: Schnittgeschwindigkeit und Drehzahl der Arbeitsspindel 23