Konstruktionsmerkmale von CNC- Drehmaschinen

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Konstruktionsmerkmale von CNC-Drehmaschinen
CNC-Kompakt
Konstruktionsmerkmale von CNCDrehmaschinen
Lernziele
Nach dem Studium dieser Lektion wissen Sie:
• Wie eine CNC-Drehmaschine prinzipiell aufgebaut ist.
• Wie ein Werkzeugsystem aufgebaut ist.
• Welche Spannmöglichkeiten für Werkstücke es gibt.
CNC-Kompakt
Konstruktionsmerkmale von CNC-Drehmaschinen
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Konstruktionsmerkmale von CNC-Werkzeugmaschinen
Moderne CNC-Werkzeugmaschinen zeigen folgenden Aufbau:
–
–
–
–
–
Gekapselter Arbeitsraum
Regelbarer Hauptantrieb (Stufenlose Drehzahlen)
Einzelantrieb für jede Achse
Stabiles Maschinengestell
Automatischer Werkzeugwechsler
Bild 12
CNC-Drehmaschine
Bild 13
Aufbau einer CNC-Drehmaschine
Zur Vermeidung von Unfällen wird der Arbeitsraum vollkommen
gekapselt. Automatisierter Bewegungsablauf von Werkstück und
Werkzeug, umherfliegende Späne sowie das eingesetzte Kühlschmiermittel machen dies notwendig. Die Steuerung überwacht
diese Absicherung und setzt die Maschine sofort still, wenn während
der Bearbeitung der Arbeitsraum geöffnet würde. Durch bruchsichere
Scheiben kann der Bearbeitungsprozess beobachtet werden.
Bild 14
Montage der Hauptspindel
Der Hauptantrieb erfolgt über einen frequenzgeregelten Drehstrommotor (AC-Motor). Die Drehzahl ist stufenlos regelbar. Somit ist z. B.
das Arbeiten mit konstanter Schnittgeschwindigkeit auf Drehmaschinen möglich. Die Steuerung errechnet dabei fortwährend, bezogen
auf die Durchmesserposition der Werkzeugschneide, die notwendige
Drehzahl der Hauptspindel ( Bild 14) und stellt diese entsprechend
ein. Die Arbeitsspindel wird über wenige oder sogar ohne vorgeschaltete Getriebestufen angetrieben. Übliche Antriebsleistungen liegen
zwischen 5 KW und 40 KW.
Die Hauptarbeitsspindel besitzt ein Meßsystem. Es wird als Winkelschrittgeber bezeichnet. Dieser ist für das Gewindeschneiden notwendig. Wird die Hauptarbeitsspindel auch als Vorschubachse verwendet (Fräsen auf der Drehmaschine), so ist der Geber das Meßsystem für diese zusätzliche Achse.
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Konstruktionsmerkmale von CNC-Drehmaschinen
CNC-Kompakt
Stabile Maschinengestelle zu bauen ist unter anderem das Ziel der
Werkzeugmaschinenhersteller. Eigensteife, thermisch stabile und
schwingungsdämpfende Konstruktionen erlauben den Einsatz
modernster Schneidstoffe mit den damit verbundenen extremen Anforderungen an die Maschine. Geschweißte und gegossene Ausführungen aber auch besondere Werkstoffe wie z. B. synthetische
Granite sind hier zu finden.
Die Drehmaschinen lassen sich nach ihrer Grundkonstruktion in
Schrägbett- und Flachbettmaschinen unterteilen. Der wesentliche
Unterschied dabei ist die jeweilige Lage des Werkzeugträgers. Bei
der Schrägbettmaschine sitzt er hinter der Drehmitte, bei der
Flachbettmaschine befindet er sich vor der Drehmitte. Diese Unterscheidung haben wir im Lehrbrief schon angesprochen. Bei den bisher betrachteten Maschinen liegt die Hauptarbeitsspindel horizontal.
Eine Karusselldrehmaschine dagegen verfügt über eine vertikale
Lage der Arbeitsspindel.
Die Werkzeuge einer CNC-Maschine sind in einem Magazin gespeichert und werden automatisch gewechselt. Automatische Werkzeugwechseleinrichtungen bestehen aus Werkzeugrevolvern und
Werkzeugmagazinen sowie Kombinationen dieser beiden Einheiten.
Enorm kurze Wechselzeiten bzw. Span zu Span Zeiten reduzieren die
Nebenzeiten.
Bild 15
Trommelrevolver
Werkzeugrevolver sind Werkzeugspeicher, in welchen die Werkzeuge fest eingespannt sind. Im Wesentlichen gibt es hier nach der Anordnung der Werkzeuge Scheiben- und Trommelrevolver (Bild 15).
Aus dem Werkzeugmagazin werden die Werkzeuge entnommen und
nach dem Gebrauch wieder abgelegt. Kettenspeicher, Tellermagazine, Längsspeicher oder Ringmagazine sind verschiedene Bauarten von Werkzeugmagazinen.
In den Wechseleinrichtungen kommen komplette Werkzeugsysteme
zum Einsatz. Ein Werkzeugsystem besteht in der Regel aus
Bild 16
VDI -Werkzeughalter
Bild 17
Werkzeugsystem Drehen
Einem Werkzeughalter (z.B. VDI Bild 16)
Einem Schneidenträger
Und einer oder mehreren Schneiden
CNC-Kompakt
Konstruktionsmerkmale von CNC-Drehmaschinen
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Die Hauptelemente eines modernen Drehwerkzeugs (Bild 18) sind
der Schneidstoff, die Schneidengeometrie und das Spannsystem
für die Werkzeugschneide.
Bild 18
Drehwerkzeug
Die Zerspanung wird vorwiegend von der Schneidengeometrie
bestimmt. Als Werkzeugschneide werden Wendeschneidplatten
mit unterschiedlichen Abmessungen und Formen für die verschiedenen Fertigungsaufgaben eingesetzt.
Die Schneidstoffe bestimmen die Schnittgeschwindigkeit und
damit die Wirtschaftlichkeit des Zerspanungsprozesses.
Durch das Spannsystem sind die Wendeschneidplatten auf dem
Werkzeugträger befestigt. Es erlaubt den schnellen Schneidenwechsel sowie das einfache Auswechseln der Schneidplatten.
Für das Spannen der Werkstücke gibt es je nach Bearbeitungsverfahren und Werkstückform verschiedene Spannmittel. Die Auswahl
der Spannmittel sollte nach folgenden Kriterien erfolgen:
–
–
–
–
Bild 19
Kraftspannfutter
Ausreichend feste Werkstückspannung
Hohe Wiederholgenauigkeit beim Werkstückwechsel
Gute Erreichbarkeit durch den Bediener
Geringe Werkstückwechselzeiten
Die bei CNC-Drehmaschinen am häufigsten verwendeten Spannmittel
sind kraftbetätigte Spannfutter (Bild 19). Eine Hydraulikanlage erzeugt den notwendigen Druck für das Futter oder den eventuell vorhandenen Reitstock. Die gleichzeitig verstellbaren, zentrisch spannenden Backen übertragen die Drehbewegung der Arbeitsspindel auf
das Werkstück. Wegen der auftretenden Fliehkräfte bei den hohen
Drehzahlen verwendet man Spannfutter mit Fliehkraftausgleich. Zusätzlich ist, wenn notwendig, über eine programmierbare oder
speicherbare Drehzahlbegrenzung das Vermindern der auftretenden
Fliehkräfte möglich. Pneumatisch gespannte Futter, Spannzangeneinrichtungen und Stangenlademagazine ergänzen die Spannmöglichkeiten.
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Konstruktionsmerkmale von CNC-Drehmaschinen
CNC-Kompakt
Fassen wir zusammen:
•
Moderne CNC-Werkzeugmaschinen besitzen einen gekapselten Arbeitsraum, einen stufenlos regelbaren Hauptantrieb, Einzelantriebe für jede Achse, ein stabiles Maschinengestell und automatischen Werkzeugwechsler
•
Werkzeugsysteme bestehen aus Werkzeughalter, Schneidenträger und Schneide(n)
•
Die Elemente eines Drehwerkzeuges sind der Schneidstoff,
die Schneidengeometrie und das Spannsystem
•
Spannmittel sollen ausreichend feste Werkstückspannung,
hohe Wiederholgenauigkeit beim Werkstückwechsel, gute
Erreichbarkeit durch den Bediener und geringe Werkstückwechselzeiten sicherstellen
Aufgaben zu Konstruktionsmerkmale von CNC-Maschinen
1. Welchen Aufbau zeigen moderne CNC-Werkzeugmaschinen?
2. Welche Motore werden als Haupt- und Vorschubantrieb eingesetzt?
3. Was ist das besondere Kennzeichen dieser Motore?
4. Welche Aufgabe erfüllt der Winkelschrittgeber an der CNCDrehmaschine?
5. Welche Eigenschaften müssen Maschinengestelle besitzen?
6. Wie lassen sich CNC-Drehmaschinen nach ihrer Grundkonstruktion unterscheiden?
7. Nennen Sie automatische Werkzeugwechseleinrichtungen.
8. Aus welchen Bestandteilen setzt sich ein Werkzeugsystem
zusammen?
9. Was sind die Hauptelemente eines modernen Werkzeuges?
10. Welche Kriterien müssen Spannmittel erfüllen?
11. Nennen Sie Spannmittel für Drehteile.
CNC-Kompakt
Konstruktionsmerkmale von CNC-Drehmaschinen
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Lösung der Aufgaben zu Konstruktionsmerkmale von CNCMaschinen
1. Welchen Aufbau zeigen moderne CNC-Werkzeugmaschinen?
–
–
–
–
–
Gekapselter Arbeitsraum
Regelbarer Hauptantrieb (Stufenlose Drehzahlen)
Einzelantrieb für jede Achse
Stabiles Maschinengestell
Automatischer Werkzeugwechsler
2. Welche Motore werden als Haupt- und Vorschubantrieb eingesetzt?
Frequenzgeregelte Drehstrommotore (AC-Regelantrieb)
3. Was ist das besondere Kennzeichen dieser Motore?
Stufenlose Drehzahlregelung
4. Welche Aufgabe erfüllt der Winkelschrittgeber an der CNC-Drehmaschine?
–
–
Notwendig für das Gewindeschneiden
Ist die Hauptachse auch noch Vorschubachse, so ist der
Winkelschrittgeber das Messsystem für diese Achse
5. Welche Eigenschaften müssen Maschinengestelle besitzen?
Eigensteifigkeit, thermische Stabilität und Schwingungsdämpfung
6. Wie lassen sich CNC-Drehmaschinen nach ihrer Grundkonstruktion unterscheiden?
Am Häufigsten kommen Schrägbettmaschinen und Flachbettmaschinen zum Einsatz. Seltener sind Karusselldrehmaschinen.
7. Nennen Sie automatische Werkzeugwechseleinrichtungen.
Werkzeugrevolver und Werkzeugmagazine
8. Aus welchen Bestandteilen setzt sich ein Werkzeugsystem zusammen?
–
–
–
Werkzeughalter
Schneidenträger
einer oder mehreren Schneiden
9. Was sind die Hauptelemente eines modernen Werkzeuges?
–
–
–
Schneidstoff
Schneidengeometrie
und das Spannsystem für die Werkzeugschneide.
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Konstruktionsmerkmale von CNC-Drehmaschinen
CNC-Kompakt
10. Welche Kriterien müssen Spannmittel erfüllen?
–
–
–
–
Ausreichend feste Werkstückspannung
Hohe Wiederholgenauigkeit beim Werkstückwechsel
Gute Erreichbarkeit durch den Bediener
Geringe Werkstückwechselzeiten
11. Nennen Sie Spannmittel für Drehteile.
– Kraftbetätigte Spannfutter
– Spannzangeneinrichtungen mit Stangenlademagazinen
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
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Programmieren „Übung 1“
Programmvorbereitung
Lernziele
Nach dem Studium dieser Lektion wissen Sie:
• Welche Arbeitsschritte zur Programmerstellung gehören
• Welche gängigen Drehverfahren es gibt
• Welchen Einflussgrößen am Werkzeug, an der Werkzeugschneide
in der Programmierung beachtet werden müssen
• Welche Werkzeugdaten die Steuerung benötigt
• Wie Werkzeugeinstellmaße ermittelt werden
• Wie die Betriebsart Einrichten in Qplus gehandhabt wird
Programmieren „Übung 1“
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CNC-Kompakt
Programmvorbereitung
Nach dem Ausflug in die Konstruktion und den Aufbau von Werkzeugmaschinen wollen wir das erste Werkstück zusammen programmieren. Zur Programmerstellung gehören folgende Punkte:
–
–
–
–
–
–
–
die Spannung des Werkstückes
die Auswahl der Werkzeuge
die Planung der Arbeitsschritte
die Bestimmung der Schnittdaten
das Erstellen des Programms
die grafische Simulation
die Optimierung des Programms
Spannung des Werkstückes
Betrachten wir zuerst das zu fertigende Werkstück.
Bild 20
Übung 1
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
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Wir nehmen an, dass die linke Seite des Bolzens schon fertig bearbeitet ist. Rechts sehen wir ein Aufmass zum Plandrehen von 1 mm
vor. Der Durchmesser des Rohteiles ist 60 mm. Da die Längenangabe
des anzudrehenden Zapfens von der rechten Planfläche ausgeht, ist
diese Fläche auch die Lage des Werkstücknullpunktes. Somit ergibt
sich folgende Spannsituation:
Bild 21
Aufspannung Übung 1
Auswahl der Werkzeuge
Das Teil soll in einer Losgröße von 50 Stück gefertigt werden. Dementsprechend muss nun die Auswahl der Werkzeuge erfolgen. Dazu
noch ein kurzer Blick in die Fachkunde des Drehens.
Drehverfahren
Zu den gängigen Drehverfahren (Bilder 22 - 25) auf CNC-Maschinen
gehören
Bild 22
–
–
–
–
Längsdrehen
Plandrehen
Gewindedrehen
Stechdrehen
Betrachten wir die notwendige Zerspanung an unserem Übungsteil:
Bild 23
–
Es ist ein Wellendurchmesser von 36 mm anzudrehen auf einer
Länge von 30 mm. Dessen Oberfläche muss einen Mittenrauhwert von 3,2 µ haben. Dazu werden wir diesen Durchmesser
vordrehen (schruppen) mit einem entsprechenden Aufmaß.
–
Die Länge des Teiles mit 60 mm erfordert einen Planschnitt
mit 1mm Span.
Programmieren „Übung 1“
24
–
CNC-Kompakt
Für die Fertigbearbeitung (schlichten) sehen wir ein eigenes
Werkzeug vor.
Somit benötigen wir bei unserer Übung 1 das Längs- und das Plandrehen.
Das Spannen des Werkstückes und das Auswählen der Werkzeuge
werden Sie jetzt in Qplus durchführen. Sie befinden sich noch in der
Bild 24
Betriebsart NC-Daten und wählen nun
.
Das untere Menüfeld mit den Betriebsarten erscheint.
Die Werkzeuge werden in der Betriebsart Einrichten verwaltet.
Bitte geben Sie ein —> F5 Einrichten —> F1 Werkzeuge —> F3
Verwaltung
Bild 25
Bild 26
Werkzeugverwaltung
Diese Liste der vorhandenen Werkzeuge erscheint. Sie müssen sich
vorstellen, dass Sie vor einem Werkzeugschrank stehen und nun eine
Schublade geöffnet haben. Es können noch weitere Werkzeuge bis
zur Gesamtzahl 20 hinzugefügt werden.
Ebenso ist aber das Löschen von Werkzeugen möglich. Blättern Sie
bitte mit der Cursorsteuerung innerhalb der Werkzeuge und sehen
Sie sich jeweils den Typ und im rechten Bereich die Kenndaten des
angewählten Werkzeuges an. Für die Zerspanung gilt ja allgemein,
dass das eingesetzte Werkzeug immer so stabil wie möglich sein
soll. Nur wenn mit dem stabilen Meißel eine Bearbeitung nicht
möglich ist, z. B. das Herstellen von Gewindefreistichen und fallenden Konturen, dann greifen wir zu einem „schlankeren“ Werkzeug.
Die entscheidenden Maße am Meißel sind hier der Plattenwinkel
und der Einstellwinkel.
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
25
Für unsere Übung verwenden wir folgende Werkzeuge:
80° - Platte A Drehmeißel Außen Links
55° - Platte A Drehmeißel Außen Links
Diese beiden Meißel betrachten Sie jetzt genauer in dieser Betriebsart
Einrichten unter Werkzeuge und ändern.
Geben Sie ein: —>
—> F1 Werkzeuge —> F2 Ändern
Dann den Meissel 80° - Platte A Drehmeißel Außen Links mit
Cursorsteuerung oder Maus markieren —>
Nun wählen Sie —> F3 Geometrie und sind dann in der Eingabemaske der Werkzeug-Kenndaten.
Bild 27
Werkzeug-Kenndaten
Blättern Sie mit der Cursorsteuerung zwischen den einzelnen Eingabefeldern und sehen Sie sich bitte jeweils die dazugehörige Bemaßung im rechten Grafikfenster an. Ergänzend dazu nun weitere Informationen.
Plattenwinkel
Der Plattenwinkel wird auch Eckenwinkel genannt und ist wichtig
für die Stabilität der gesamten Schneidplatte. Er kennzeichnet den
Winkel zwischen Haupt- und Nebenschneide.
Mit wachsendem Eckenwinkel vergrößert sich die Stabilität der
Schneidplatte. Für die Schruppbearbeitung sind große Eckenwinkel
bevorzugt anzuwenden. Schneidplatten für diese Anwendung sind z.
B. runde Platten oder solche mit rhombischer Form.
Gängige Größen sind 80°, 55° und 35°.
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Programmieren „Übung 1“
CNC-Kompakt
Schneidenlänge
Die Haltergröße, welche wiederum vom Maschinenhersteller festgelegt wird, bestimmt die Schneidplattengröße und damit die
Schneidenlänge. Von ihr leitet sich die wählbare Spantiefe (Schnittiefe) ab. Allerdings muss dabei auch noch die Aufspannung des
Werkstückes, die Stabilität des Werkzeugsystems und der Maschine,
aber auch die vorhandene Antriebsleistung berücksichtigt werden. Es
ist meist nicht möglich, die Schneidenlänge auch als max. Spantiefe
zu nutzen. Qplus toleriert bei der Überwachung der Simulation diesen
Wert.
Schneidenradius
Ein großer Eckenradius verbessert die Stabilität der Schneidplatte.
Damit sind bei der Schruppbearbeitung die entsprechenden Schnitttiefen und Vorschübe machbar, um in kürzester Zeit große Spanvolumen abzutrennen. Große Eckenradien können jedoch bei der
Schlichtbearbeitung zu Schwingungen führen. Auch sind bei kleinen
Vorschüben Probleme beim Spanbruch möglich. Größere Eckenradien ergeben bei gleichem Vorschub bessere Oberflächengüten als
kleine Eckenradien.
Für unsere Maschine sehen wir Eckenradien von 0.8, 0.5 und 0.4 mm
vor.
Werkzeuglänge, Schaftbreite, Werkzeugbreite
Die hier einzugebenden Werte leiten sich von der Klemmhaltergröße
ab und sind den Katalogen der Werkzeughersteller zu entnehmen.
Maße für Schaft- und Werkzeugbreite sind z.B. 12, 16 und 20 mm.
Auf die Simulation der Zerspanung in Qplus haben diese Daten keinen bzw. nur geringen Einfluss. Damit soll gesagt werden, dass diese
Angaben nicht exakt eingegeben werden müssen. Entscheidend für
die Simulation ist die „Umgebung der Schneide“ mit Schneidenradius, Schneidenlänge, Plattenwinkel und Einstellwinkel.
Einstellwinkel
Der Einstellwinkel bestimmt die Lage der Hauptschneide zur
Werkstückachse und beeinflusst die Größe der Vorschubkraft und
Passivkraft. Des Weiteren sind die Spanungsbreite (= Eingriffslänge
der Schneide) und die Spanungsdicke mit von ihm abhängig. Große
Einstellwinkel verringern die Passivkräfte. Der Spanbruch wird günstiger, aber die Schneide verschleißt schneller. Kleine Einstellwinkel
bewirken eine geringere Schneidenbelastung und somit einen geringeren Verschleiß.
Beispiele: Bei ausreichend stabilem Drehteil werden Einstellwinkel
zwischen 45° und 75° gewählt. Das Bearbeiten von dünnen Wellen
und das Andrehen von rechtwinkligen Ansätzen erfolgt vorzugsweise
mit Einstellwinkeln von 90° bis 95°.
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
27
Bild 28
Bezeichnungen an der
Schneide
Einstellmaß X
Bild 29
Bild 30
Werkzeugeinstellmaße
Bild 31
Arbeitsraum der Drehmaschine mit Werkzeugträgerbezugspunkt T
Für die Verrechnung der Werkzeuglängen in der Steuerung werden
die Abmaße des Werkzeuges in der X- und Z-Achse vom
Werkzeugträgerbezugspunkt T (Bild 29) bis zur Schneide ermittelt
(Bild 30). Diese Maße werden auch allgemein mit Q (Querabmaß) und
L (Länge) bezeichnet. Der Bezugspunkt T befindet sich meistens am
Werkzeugrevolver dort, wo der Werkzeughalter gespannt wird
(Bild 31).
Programmieren „Übung 1“
28
CNC-Kompakt
Das Werkzeugeinstellmaß in der X-Achse ergibt sich aufgrund der
Haltergröße und einer möglichst kurzen Auskraglänge des Klemmhalters. Eine kurze Auskraglänge verhindert Schwingungen bei der
Bearbeitung. Schwingungen erzeugen nicht gebrauchsfähige Oberflächen.
Einstellmaß Z
Das Werkzeugeinstellmaß in der Z-Achse ergibt sich ebenfalls aufgrund der Werkzeug- und Klemmhaltergröße.
Wie werden diese Werkzeugmaße in der Praxis ermittelt?
Dazu gibt es im Prinzip zwei Möglichkeiten:
–
Bestimmung dieser Maße im Arbeitsraum der Drehmaschine
durch Ankratzen am Werkstück, mit Hilfe eines Messtasters
oder durch ein Einstellmikroskop.
–
Vermessen der Werkzeuge mit einem externen Voreinstellgerät (Bild 32). Diese Geräte arbeiten optisch, z.B. mit Laser
kamera und messen auf 1/1000 mm genau.
Bild 32
Voreinstellgerät
Der Vorteil dieser Geräte liegt darin, dass außerhalb der Maschine
vermessen und damit die Rüstzeit gesenkt wird. Zusätzlich sind die
ermittelten Daten online an die Maschinen übertragbar.
Nun wieder zu den Eingabefeldern des Werkzeuges in Qplus.
Aufnahmelänge X, Aufnahmelänge Z,
Aufnahmelage X, Aufnahmelage Z
Diese Werte leiten sich vom Werkzeughalter ab und sind nur notwendig, um dem Halter in der Grafik ein wirklichkeitsnahes Aussehen zu
geben.
Alle angezeigten Werte sind von Ihnen so zu belassen. Grundsätzlich
können neue Werkzeugdaten eingegeben werden. Sie gestalten damit
ein neues Werkzeug oder verändern ein bestehendes.
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
Beenden Sie dieses Fenster mit
29
.
Daraufhin bekommen Sie diese Anzeige:
Bild 33
Fenster von Werkzeug
ändern
Die Angaben in diesem Fenster sollen noch ein wenig erläutert werden.
Hinter der blassen Taste F2 sehen Sie die Einträge Normal, Linkslauf und 0.0°
Normal bedeutet normale Einbaulage, d. h. so wie im Bild dargestellt. Die Alternative wäre die Einspannung über Kopf. Dann würde
die Schneidplatte nach unten zeigen. Die Qplus-Drehmaschine ist
eine Schrägbettmaschine. Der Werkzeugträger befindet sich hinter
der Drehmitte und zur Spanabnahme muss an der Spindel Linkslauf
programmiert werden. Die hier angezeigte Drehrichtung der Spindel
wird von Qplus überwacht. Sollten Sie in einem Programm beim
Einsatz dieses Werkzeuges eine andere Drehrichtung angeben, so
kommt eine Fehlermeldung.
Die Winkelangabe 0.0° bezieht sich auf die Einbaulage und kann hier
nicht verändert werden. Bei einer anderen Winkellage wäre das Werkzeug „schräg“ gespannt.
Bei F4 Bearbeitung ist angezeigt, dass mit diesem Werkzeugtyp
Schruppen längs in Richtung zum Spannfutter sowie das Schruppen
plan von Außen zur Drehmitte hin möglich ist.
Unter F5 Technologie sind keine Angaben vorhanden. Dort können
Schnittwerte hinterlegt sein, welche dann bei der „automatisierten
Programmerzeugung“ zum Einsatz kommen. Das werden Sie im
Lehrbrief 5 kennen lernen.
Mit
beenden Sie diese Anzeige. Anschließend betrachten Sie bitte
noch die Geometriedaten vom Werkzeug
30
Programmieren „Übung 1“
CNC-Kompakt
55° - Platte A Drehmeißel Außen Links.
Die notwendigen Anwahlschritte entnehmen Sie bitte der vorherigen
Beschreibung.
Nach der Betrachtung dieses Drehmeißels werden Sie die Revolverbestückung durchführen. Qplus bietet schon vorbereitete Revolverbelegungen an, Sie sollen jedoch eine neue Bestückung durchführen.
Von diesem Fenster des Menüs Einrichten
ausgehend wählen Sie —> F2 Revolver —> F1 Neu erstellen
Folgende Darstellung erscheint:
Bild 35
Revolverbelegung
Dieser Revolver besitzt 12 Stationen, welche momentan leer sind. Die
Stationen 1 und 2 sollen mit den vorher besprochenen Werkzeugen
bestückt werden. Die Station 1 ist durch einen roten Rahmen markiert
und dieser soll Ihnen signalisieren, dass diese Station angewählt ist.
Mit der Cursorsteuerung können Sie den Zugriff verändern.
Wählen Sie jetzt —> F1 Station bestücken
Sie gelangen in die „Werkzeugschublade“ und markieren dort bitte
das Werkzeug
80° - Platte A Drehmeißel Außen Links und bestätigen mit
Dieses Werkzeug befindet sich nun auf der Revolverstation 1.
Markieren Sie jetzt Station 2 und wählen anschließend
—> F1 Station bestücken
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
31
In der Schublade greifen Sie das Werkzeug
55° - Platte A Drehmeißel Außen Links und bestätigen mit
Beide Stationen sind jetzt mit den gewünschten Drehmeißeln belegt.
Bild 36
Revolverbelegung
Sie speichern diese Belegung unter dem Namen REV1 im Speicher
Revolver mit
—>
—> REV1 —> Enter —>
Für alle Fertigungsaufgaben, bei welchen nur diese beiden Werkzeuge gebraucht werden, können Sie auf diesen Revolver zurückgreifen.
Die Belegung müssen Sie dann nicht jedes Mal neu durchführen.
Setzen Sie das Einrichten der Maschine fort mit dem Eingeben der
Grundeinstellungen in der Betriebsart NC-Daten.
Wählen Sie mit —>
—>
das Hauptmenü und dann
—> F1 NC-Programm —> F1 Neu erstellen
Unter —> F1 Name geben Sie bitte ein, bei Name UEBUNG1 sowie
bei Kommentar Übung 1.
Wie Sie die jeweiligen Eingaben übernehmen, müsste Ihnen geläufig
sein und wird nicht mehr exakt angegeben.
Bei F2 Rohteil wählen Sie bitte den Zylinder und ordnen diesem
einen Durchmesser von 60 und eine Länge von 61 zu.
F3 Revolver setzen Sie fort mit F3 Revolver-Bestückung laden.
Anschließend markieren Sie in der Revolverliste den von Ihnen angelegten Revolver REV1 und übernehmen ihn.
32
Programmieren „Übung 1“
CNC-Kompakt
Die Einspannlänge des Bolzens bestimmen Sie unter F4 Spannen.
Ordnen Sie hier eine Spann-Tiefe von 25 zu. Das Werkstück hat am
Ø 60 eine Ansatzlänge von 30 mm und erlaubt somit diese gewählte
Spannlänge. Die Spannlänge sollte immer so groß wie möglich gewählt werden, um eine sichere Werkstückspannung zu gewährleisten.
Wenn Sie die grafische Darstellung des Rohteiles genau betrachten,
erkennen Sie, dass der Werkstücknullpunkt (Maßangabe am unteren
Fensterrand) deckungsgleich mit der rechten Planfläche liegt. Diesen
verschieben Sie um 1 mm in der Z-Achse in negative Richtung. Geben Sie bei Verschiebung Z -1 ein.
Die Einstellungen Hauptprogramm und Geführter Modus werden
nicht verändert. Nach Abschluss dieser Eingaben mit —>
und
anschließender Anwahl von —> F2 NC-Sätze sehen Sie dieses
Fenster:
Bild 37
Eingabemaske NC-Sätze
Bevor Sie nun die Programmsätze generieren, noch einige Hinweise
zum Rüsten der CNC-Drehmaschinen allgemein.
Die Rüstzeiten müssen gering gehalten werden und das Vermeiden
von Fehlern beim Einrichten hat oberste Priorität. Kollisionen verursachen hohe Kosten. Sehr schnell und sicher kann im Wiederholfalle des Auftrages mit Hilfe eines Einrichteblattes die Maschine
gerüstet werden. Jeder Betrieb hat individuell gestaltete Formblätter.
Für unsere Schulung soll dieses Blatt (Bild 38) zum Einsatz kommen.
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
33
Bild 38
Einrichteblatt
Das von Hand ausgefüllte Einrichteblatt für die Übung 1 stellt sich so
dar:
Bild 39
Einrichteblatt Übung 1
Einige Punkte in diesem Einrichteblatt erhalten Sie jetzt noch genauer erläutert.
Bei Aufspannung steht 1 von 1, das bedeutet, dass für die Fertigung
dieses Teiles nur eine Aufspannung vorgesehen ist. Sind hier mehrere
Aufspannungen notwendig, geben Sie z.B. 1 von 2 an.
34
Programmieren „Übung 1“
CNC-Kompakt
Die Benennung der Werkzeuge wurde dem Werkstattgebrauch angepasst. Die genauen Bezeichnungen aus dem Bereich Einrichten von
Qplus finden hier auch keinen Platz. Mit L- +P-Meißel ist der Drehmeißel Außen Links 80° gemeint. Für diesen ist auch der Name
Lang- und Plandrehmeißel gebräuchlich. Wie der Name schon sagt,
kann das Längs- und Plandrehen damit ausgeführt werden. Sie
ersparen sich damit ein zusätzliches Werkzeug.
Kopiermeißel 55° ist die Angabe für den Drehmeißel Außen Links
55°, welcher die Schlichtbearbeitung ausführt. 55° ist die Größe des
Eckenwinkels der Schneidplatte und stellt ein Auswahlkriterium für
seinen Einsatz dar.
Mit einer Id.-Nr. wird ein Werkzeug aufgeführt, wenn im Fertigungsbetrieb die Werkzeuge katalogisiert sind. Die dem Werkzeug zugeordnete Id.-Nr. wird im Einrichteblatt eingetragen und beugt Verwechslungen vor.
Werkzeugkorrektur-Daten
Noch unbekannt ist die Angabe der Schneidenlage. Hierzu erhalten
Sie später noch Informationen. Die ermittelten Einstellmaße X und Z
(Voreinstellung) des Werkzeuges werden hier eingetragen. Von dort
übernimmt der Bediener die Werte in den Werkzeugspeicher der
Steuerung. Für unsere Übungen verzichten wir auf diese Angaben, da
wir dieses Vorgehen hier so nicht nachvollziehen können. Qplus verrechnet Werkzeugmaße schon beim Anlegen eines neuen Werkzeuges in der Betriebsart Einrichten. Der Schneidenradius beider
Schneidplatten beträgt 0.8 mm.
Der Schneidstoff ist mit HM besch. angegeben. Das soll Hartmetall
beschichtet bedeuten. Dieser Schneidstoff kommt in der Zerspanung
von Stahl sehr häufig zum Einsatz. Im Fertigungsbetrieb steht hier
meistens die exakte Markenbezeichnung vom Schneidstoffhersteller.
In diesen Lehrbriefen werden wir mit Bezeichnungen und Schnittdaten arbeiten, welche sich zwar an der Fertigungspraxis orientieren, sich aber nicht auf bestimmte Hersteller beziehen.
Wir verwenden die nachfolgende Tabelle (Bild 40). Sie ist aus dem
Tabellenbuch vom Europa Verlag entnommen.
Bild 40
Schnittdatentabelle
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
35
Die Einspannskizze sichert die Spannsituation ab.
Dort erscheinen die Einspannlänge am Spannbacken, die Lage des
Werkstücknullpunktes und die Nullpunktverschiebung. Im Maßeintrag die Bezeichnung NPV soll Nullpunktverschiebung heißen. Dort
steht üblicherweise noch der entsprechende numerische Wert, welchen der Maschinenbediener z.B. in den NullpunktverschiebungsSpeicher der CNC-Steuerung eintippen muss. Dieser Wert ist von
entscheidender Bedeutung für die exakte Fertigung des Werkstückes. Ein falscher Wert führt zu Maßabweichungen, kann aber
auch Kollisionen und damit verbundene Beschädigungen an Bauteil, Werkzeug und Maschine zur Folge haben. Bei Qplus existiert
die Maschine nur vom Werkzeug bis zum Werkstück und Spannbacken. Deswegen kann die NPV nicht „wie in Wirklichkeit“ nachvollzogen werden, sondern beschränkt sich auf eine Verschiebung
des Werkstücknullpunktes von der Rohteilplan- oder Rohteilanschlagfläche in das Werkstück hinein. Diesen Wert tragen wir bei Qplus
Nullpunktverschiebung ein.
Ergänzend zur Einspannskizze kann im Feld Spannbacken noch
angegeben werden, ob weiche oder harte Backen zum Einsatz kommen. Der Ausdrehdurchmesser ist ebenfalls eingetragen.
Bemerkungen sollen Hinweise für den Bediener sein, die er bei der
Bearbeitung des Teiles beachten muss. Dies kann z.B. ein programmierter Halt oder das Kontrollieren von bestimmten Maßen sein.
Nach dem Rüsten der Maschine nun zum nächsten Punkt.
Planung der Arbeitsschritte und Bestimmung der Schnittdaten
Als Vorbereitung für die Programmierung werden Sie die Planung der
Arbeitsschritte durchführen. Im Lehrbrief verwenden wir dazu ein
Formular (Bild 41).
Bild 41
Arbeitsplan
Programmieren „Übung 1“
36
CNC-Kompakt
Was gehört zur Arbeitsplanung?
Dazu gehört neben der Bestimmung der Arbeitschritte das Festlegen
der technologischen Daten. Diese tragen Sie in die vorgesehenen
Felder ein:
G Hier steht entweder
G96 (konstante Schnittgeschwindigkeit)
oder
G97 (Drehzahl)
Beachten Sie:
Beim Drehen programmieren Sie immer konstante Schnittgeschwindigkeit; außer beim Bohren oder Gewindeschneiden. Weshalb dies so notwendig ist, erfahren Sie, wenn wir diese Bearbeitungen anwenden.
F
Hier steht der Vorschubwert in mm/Umdrehung
S
Hier steht entweder
der Schnittgeschwindigkeitswert in m/min (bei G96)
oder
der Drehzahlwert in 1/min (bei G97)
T
Hier steht die Nummer des Werkzeuges, mit welcher dieses im
Programm aufgerufen wird z.B. T101
Wir entwickeln jetzt die einzelnen Positionen des Arbeitsplanes:
Pos. 1
Diese erste Position wird immer das Kontrollieren der Rohteilmaße
sein. Falsche Längen und Durchmesser (zu lang und Durchmesser zu
groß) führen zu Kollisionen.
Pos. 2
Dort werden wir immer eintragen, dass das Werkstück gemäß dem
Einrichteblatt zu spannen ist.
Pos. 3
Position 3 wird häufig diesen Inhalt haben, nämlich das Plandrehen
auf Länge. Für die Übung 1 muss es die Länge 60 sein. Plandrehen
zu Beginn der Bearbeitung sorgt bei den nachfolgenden Längsschnitten für einen „sauberen“ Anschnitt des Meißels. Schräge Planflächen
am Rohteil (vom Sägen) sorgen für „Schläge“ auf die Schneidplatte
und übermäßige Belastung. Das zu bearbeitende Material ist C15
und besitzt eine Zugfestigkeit von ca. 400 N/mm². Damit fällt es in der
Tabelle (Bild 40) in die Werkstoffgruppe „Unlegierte und legierte
Baustähle usw.“. Bei den Bearbeitungsbedingungen sehen wir
„leicht“ vor. Somit entnehmen wir den Schnittgeschwindigkeitswert
350. Den Vorschubwert legen wir mit 0.2 mm/U fest. Er soll nicht zu
groß sein. Dies ist ein Erfahrungswert aus der Praxis und sichert ab,
dass die Belastung auf das Werkstück nicht zu groß wird und die
Spannung nachgibt. Beim Plandrehen werden die Bedingungen für
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
37
die Schneide immer schlechter, je weiter sie zur Mitte kommt. Zu
irgendeinem Zeitpunkt nämlich nimmt die Schnittgeschwindigkeit ab,
da eine Drehzahlbegrenzung (Fliehkraft darf nicht zu groß werden) an
der Steuerung aktiv wird bzw. die Höchstdrehzahl erreicht ist.
Pos. 4
Jetzt schruppen wir den Ansatz Ø36. Das Schruppen soll mit einem
Aufmass von 0.4 mm im Ø und 0.1 in der Länge erfolgen. Dieses
Aufmaß nimmt später der Kopiermeißel beim Schlichten weg. Die
gesamte Schruppbearbeitung bestimmen wir als „schwer“ in der
Tabelle Bild 40 und wählen 240 m/min Schnittgeschwindigkeit, Vorschub 0.4 mm/U und eine Spantiefe von 4 mm.
Pos. 5
Kontur schlichten ist der nächste Schritt. Dabei werden die geforderte Oberfläche sowie die Maßhaltigkeit hergestellt. Die Vorschubgröße und die Schneidenverrundung haben maßgeblichen Einfluss
auf die Oberflächenqualität. Entsprechende Werte finden Sie in der
Tabelle Bild 42.
Bild 42
Tabelle Vorschubwerte
38
Programmieren „Übung 1“
CNC-Kompakt
Die Angaben in der Tabelle (Bild 42) bedingen folgende Voraussetzungen (Bild 43):
Bild 43
Voraussetzungen für
Vorschubwerte in Tabelle
Bild 41
Für unser Werkstück Übung 1 entnehmen wir für Ra 3,2 einen Vorschubwert von 0.22 und für Ra 12,5 den Wert 0.43. Die Schnittgeschwindigkeit fällt wieder unter die Zerspanungsbedingung
„leicht“ (Bild 40) und dort finden Sie 350 m/min.
Pos. 6
Unmittelbar an die Bearbeitung schließt sich im gespannten Zustand
die Qualitätskontrolle der Maße und Oberflächen an. Eine Nacharbeit ist somit noch möglich. Wurde das Werkstück bereits ausgespannt, läuft das Teil nicht mehr 100% rund.
Pos. 7
Das Werkstück können Sie ausspannen, wenn die Qualitätskontrolle
positiv und die Bearbeitung somit in Ordnung war.
Die Arbeitsplanung ist eine wichtige Vorbereitung für das nachfolgende Programmieren. Die Grunddaten stehen jetzt fest und nun müssen
„nur noch die richtigen Befehle im Programmiercode gefunden werden“. Den von Hand ausgefüllten Arbeitsplan sehen Sie in Bild 44.
Bild 44
Arbeitsplan Übung 1
CNC-Kompakt
Programmieren „Übung 1“
Fassen wir zusammen:
•
Zu Beginn der Programmierung muss die Spannung des
Werkstückes, die Auswahl der Werkzeuge, die Planung der
Arbeitsschritte und die Bestimmung der Schnittdaten überlegt werden.
•
Einrichteblatt und Arbeitsplan sind Formulare, welche diese
ganzen Überlegungen dokumentieren. Wir füllen diese von
Hand aus.
•
Die Schnittdaten in der Fertigung werden aus Herstellertabellen entnommen bzw. sind optimierte Erfahrungswerte
vom Betrieb. In diesem Lehrbrief verwenden Sie die Daten
aus den Unterlagen.
•
Werkstücke werden mit Aufmaß geschruppt.
•
Beim Schlichten bestimmen die geforderte Oberfläche und
der Schneidenradius des Werkzeuges die Vorschubgröße.
•
Es wird immer konstante Schnittgeschwindigkeit programmiert, außer beim Bohren und Gewindeschneiden.
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