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In VorbereitungUnser Tipp

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Die 7., stark überarbeitete und erweiterte Aufl age des bewährten Werkes wird u. a. um die Kapitel Mechanische Schwingungen und Finite-Elemente-Methode FEM ergänzt. Mehrfarbige Darstellungen verdeutlichen, wo nötig, die Zusammenhänge anschaulich. Auf der beigelegten DVD werden mittels Animationen komplizierte Vorgänge bewegt visualisiert. Excel-Berechnungsprogramme, z. B. zur Ermittlung von Fachwerken, runden den zu vermittelnden Stoff ab und ermög-lichen einen modern gestalteten Unterricht. Auch zum Selbststudium geeignet.

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Fertigungsautomatisierung7

handwerk-technik.de

Verfahren zur Werkzeugüberwachung

Bei der indirekten Messung der Schnittkräfte werden die Axialkraft und das Drehmoment an der Ar-beitsspindel gemessen. Durch den Verschleiß am Werkzeug erhöhen sich die für die Zerspanung erfor-derliche Schnittkraft und die Vorschubkraft. Dies hat zur Folge, dass auch das Drehmoment und die Axialkraft an der Arbeitsspindel ansteigen. Die gemessenen Werte werden mit einem Soll wert vergli-chen, bei dessen Überschreitung die Maschine reagieren muss.

Dieses Verfahren ist weniger geeignet, wenn Werkstücke mit unterschiedlichem Aufmaß oder Werkstü-cke mit nur kurzen Bearbeitungszeiten bearbeitet werden sollen oder wenn mit manueller Vorschubkor-rektur gearbeitet wird.

In solchen Fällen müssen weitere, durch den Zerspanungsprozess beeinflussbare Parameter (Leistungs-aufnahme des Antriebsmotors, elastische Verformungen am Werkzeugträger oder an Maschinenteilen, Maßveränderungen am Werkstück, Schwingungen an der Maschine, Schallent wicklung, ...) erfasst und zur Beurteilung ausgewertet werden.

Durch Messung und durch Über­wachung der Stromaufnahme wer-den Veränderungen der Schnittleis-tung (des Drehmomentes) erfasst. Der Anstieg des Drehmomentes des Hauptspindel motors hat pro-portionalen Stromanstieg zur Fol-ge. Werden vorgegebene Grenz-werte überschrit ten, ist davon aus-zugehen, dass das Werkzeug stumpf oder gebrochen ist. Wird nur der Maximal wert überwacht, so kann Werkzeugbruch nur bei großen Werkzeugen festgestellt werden. Wird auch ein Minimal-wert für die Stromaufnahme fest-gelegt, so ist bei Unterschreitung auf Werkzeug bruch zu schließen. Der Vorschubantrieb wird dann ab-geschaltet.

Bild 1 Messprinzipien Werkzeugüberwachung

2311_Fertigungstechnik.indb 362 19.10.2015 12:19:01

275

Ausgeführte Werkzeugmaschinen am Beispiel Drehen

handwerk-technik.de

5.5 Ausgeführte Werkzeugmaschinen am Beispiel Drehen

ln diesem Abschnitt sollen einige ausgeführte Drehmaschinen vorgestellt werden, wie sie in der betrieb-lichen Praxis verwendet werden.

5.5.1 Konventionelle Drehmaschine

Bild 1 Konventionelle Drehmaschine

Die hier dargestellte kon ventionelle (manuelle) Drehmaschine ver fügt über 24 schalt bare Drehzahlen (13 – 2000 1/min) an der Hauptspindel und 320 schaltbare Vorschübe (längs: 0,028 – 8,2 mm; plan: 0,014  – 4,1 mm) und Gewindestei-gungen (metrisch: 0,3 – 80 mm; Zoll: 80 – 0,375 G/Zoll). Die Leistung des Hauptantriebs beträgt 7,5 kW (100 % ED).

Zustellungen und Vorschübe wer-den rein mechanisch eingestellt bzw. betätigt. Eingebaute Weg-messsysteme und die dazugehöri-gen Anzeigen erleichtern die Arbeit mit dieser Maschine.

Maschinen dieses Typs werden bei Reparaturen und der Anfertigung von einfachen Einzelteilen einge-setzt. Der Trend geht auch bei diesem Maschinentyp zur stufenlosen Drehzahleinstellung.

5.5.2 Zyklengesteuerte Drehmaschine

Bild 2 Zyklengesteuerte Drehmaschine

Die hier dargestellte Maschine ver-fügt über einen stufenlosen Dreh-zahlbereich mit bis zu 4500 1/min an der Hauptspindel und über einen Vorschubbereich bis 5000 mm/min. Die Leistung des Hauptantriebs be-trägt 5,5 kW (100 % ED).

Zustellungen und Vorschübe wer-den über elektronische Handräder, d. h. über Servomotoren eingestellt. Eingebaute Zyklen erlauben die ein-fache Herstellung komplexer Kontu-ren wie z.B. Freistiche, Gewinde, Viertelkreise usw.

Maschinen dieses Typs werden für die Herstellung von Kleinserien und komplexen Einzelteilen verwendet.

2311_Fertigungstechnik.indb 275 19.10.2015 12:17:58

Maschinen dieses Typs werden für die Herstellung von Kleinserien und komplexen Einzelteilen verwendet.Maschinen dieses Typs werden für die Herstellung von Kleinserien und komplexen Einzelteilen verwendet.

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Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide

handwerk-technik.de

Auf dem Bild 1 kann man den Einfluss von Schnittgeschwindigkeit und Spanwinkel auf die entstehen­den Spanarten erkennen, während Bild 2 zeigt, wie sich Schnittgeschwindigkeit und Vorschub auf die Spanformen auswirken.

Bild 1 Einfluss von Schnittgeschwindigkeit vc und Spanwinkel γ 0 auf die Spanarten bei Stahl

Bild 2 Einfluss von Vorschub f und Schnittgeschwindigkeit vc auf die Bildung der Spanformen beim Drehen von Stahl ohne Spanleitstufe

2311_Fertigungstechnik.indb 99 20.10.2015 10:30:49

99

und Schnittgeschwindigkeit vc auf die Bildung der Spanformen beim Drehen von Stahl

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Spanen mit geometrisch bestimmter Schneide

handwerk-technik.de

Bild 1 Kinematik beim symmetrischen Stirn fräsen mit z = 1; fz stark vergrößert, ae/d1 maß gerecht dargestellt. ⇒ vc ; → vf

Beispiel:

Zum Vergleich soll an 150 mm breiten Werkstücken aus 1.1191 (C45E) die Werkstoffzugabe von 5 mm in einem Schnitt einmal mit einem Fräser DIN 884 – 160 x 160 N – HSS (Walzenfräser, λs = 25°, z = 16), einmal mit einem Fräskopf (HSS, d1 = 250 mm, λs = 25°, z = 16, κr = 70°) abgefräst werden. Die an der Maschine einstellbare Schnittgeschwindigkeit be­trage vc = 25 m/min, der Zahnvorschub fz = 0,25 mm.

Welche Schnittleistungen sind zu erwarten, wenn neben den Verfahrenszuschlägen noch 30 % für Schneiden abnutzung berücksichtigt werden?

Umfangsfräsen Stirnfräsen

mittlere Spanungs­dicke hm

h m = √ ___

a e _ d 1

· f z · sin κ r

= √ ____

5 __ 160

· 0,25 · 1 = 0,04 mm

h m = 0,88 · fz · sin κ r

= 0,88 · 0,25 · 0,94 = 0,21 mm

mittlere spez. Schnittkraft kcm , korrigiert

k cm = 1,56 · 1,3 · k c1 · 1 __ h m m c

· 94 − 1,5 λ s ___ 100

= 1,56 · 1,3 · 1765 ___ 0,0 4 0,25

· 94 − 37,5 ___ 100

= 2,028 · 1765 __ 0,447

· 0,565 = 4524 N/m m 2

k cm = 1,2 · 1,3 · k c1 · 1 __ h m m c

· 94 − 1,5 λ s ____ 100

= 1,2 · 1,3 · 1765 ___ 0,2 1 0,25

· 94 − 37,5 ___ 100

= 1,56 · 1765 __ 0,677

· 0,565 = 2298 N/m m 2

Vorschub­ geschwin­ digkeit vf

v f = z · f z · v c · 1000 ___

d 1 · π

= 16 · 0,25 · 25 · 1000 ___ 160 · π = 199 mm/min

v f = z · f z · v c · 1000 ___

d 1 · π

= 16 · 0,25 · 25 · 1000 ___ 250 · π = 127 mm/min

Schnitt­leistung Pc

P c = a e · a p · v f · k cm

_____ 6 · 1 0 −7

= 5 · 150 · 199 · 4524 ______ 6 · 1 0 −7 = 11,25 kW

P c = a e · a p · v f · k cm

_____ 6 · 1 0 −7

= 5 · 150 · 127 · 2298 ______ 6 · 1 0 −7 = 3,65 kW

Vorteile des Stirnfräsens gegenüber dem Umfangsfräsen

1 Wegen des größeren Verhältnisses ae/d1 sind mehr Zähne im Eingriff, der Spanungsquerschnitt und die Maschinenbelastung sind gleichmäßiger.

2 Trotz des größeren Eingriffswinkels ∆ φ ergibt sich eine größere mittlere Spanungsdicke hm , also eine kleinere mittlere spezifische Schnittkraft kcm und daraus eine geringere erforderliche Schnittleistung Pc: Die vorhandene Maschinenleistung lässt sich wirtschaftlicher nutzen.

3 Die Schneiden werden geschont, da sich der Anschnitt von der Schneidenecke weg verlegen lässt (dabei aber Lage der Austrittskante beachten; siehe Bild 1, S. 170), die spezifische Schnitt kraft klei­ner ist und der Kühlschmierstoff besser an die Schneidstelle gelangt.

2311_Fertigungstechnik.indb 173 15.10.2015 11:30:00

Das bewährte Werk wurde in der 17. Aufl age sorgfältig auf die Aktualität der beschriebenen Verfahren überprüft.

Folgende Überarbeitungen und Ergänzungen wurden u. a. vorgenommen: neue Schaubilder zur Spanbildung

Ergänzung der Zerspanungshauptgruppen

Erweiterung der Trockenbearbeitung und Minimalmengen-schmierung

Aufnahme von Hartspanung, Hochgeschwindigkeitsspanen (HSC), Hochleistungsfräsen (HPC), Drehfräsen

Hydraulikdehnspannfutter und Schrumpffutter bei den Spanmitteln von Fräswerkzeugen ergänzt

Einbau-Motorspindel, Torquemotor und Linearantrieb bei den Antriebmotoren aufgenommen

Kapitel über ausgeführte Werkzeugmaschinen am Beispiel Drehen eingefügt

Speicherprogrammierbare Steuerung

Messtaster und Lasermessung bei Ermittlung der Werkstück-nullpunkte in der CNC-Technik ergänzt

überarbeitete Aufgabensammlung

Passend dazu

2 Qualitätsmanagement2.2.1 Qualitätsplanung2.2.2 Qualitätslenkung2.2.3 Qualitätsaudit2.4 Qualitätsregelkarten2.4.3 Maschinen- und

Prozessfähigkeit

3 Längenprüftechnik3.1 Grundlagen 3.1.6 Prüfplan3.2 Prüfmittel3.2.2 Anzeigende Messgeräte3.2.3 Wegmesssysteme 3.3 Prüfverfahren

4 Abtrennen4.1.1.2 Schneidengeometrie4.1.1.6 Schnittkraft4.1.1.10 Kühlschmierung4.1.1.14 Hochgeschwindig-

keitsspanen4.1.2 Drehen4.1.4 Bohren4.1.5 Senken4.1.7 Fräsen4.3 Abtragen

5 Werkzeugmaschinen5.2 Getriebe5.3 Koordinatenachsen5.4 Abnahme und Instandhaltung

von Werkzeugmaschinen

6 Steuerung von Werkzeug-maschinen

6.1 Steuern und Regeln6.2 Fluidische Steuerungen6.3 Mechanische Steuerungen6.5 SPS

7 Fertigungsautomatisierung7.2 Flexible Fertigung7.2.1 Bearbeitungszentren7.3 Werkstücktransport,

Werkzeugtransport7.4 Handhabungseinrichtungen

8 Zahnrad- und Gewindefertigung

8.1.1 Stirnräder8.1.2 Kegelräder

9 Aufgaben und Laborübungen (zu den meisten

behandelten Themen)

Formelsammlung und Richtwerte

Auszug* aus dem InhaltBeispielseitenFertigungstechnik Band 1

PaketangebotFertigungstechnik Band 1 + Fertigungstechnik Band 2978-3-582-02310-0,•€ 80,00

Das Paket enthält Bestell-Nr. 2311„Fertigungstechnik Band 1“ und Bestell-Nr. 2313 „Fertigungstechnik Band 2“.

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* Das komplette Inhaltsverzeichnis finden Sie unter handwerk-technik.de