Lektion Fortschritt:

Arbeitsplanung mit technologischen Informationen und weiteren G-Funktionen

Wie in der Zusammenfassung im letzten Kapitel besprochen, haben wir bis jetzt die wichtigsten, aber bei weitem noch nicht alle G-Funktionen kennen gelernt. Weitere G-Funktionen bzw. Wegbedingungen sowie die wichtigen technologischen Informationen (Zusatzfunktionen bzw. M-Funktionen) werden noch hinzukommen. Diese werden wir aber im Rahmen des Programmaufbaus beim Drehen und Fräsen besprechen. Wir werden uns ab diesem Zeitpunkt, wundern Sie sich nicht, von der DIN-Programmierung Stück für Stück trennen und bereits auf die Siemens 840D Steuerung eingehen. Diese Steuerung ist eine auf dem Weltmarkt etablierte CNC- Steuerung. Am Ende dieses Kapitels werden wir ein komplettes CNC-Programm für ein einfaches Drehteil erarbeitet haben, das auch später auf dem Simulationsprogramm für die Siemens 840D Steuerung simuliert werden wird. Für das Fräsen werden wir dies zu einem späteren Zeitpunkt genauso intensiv durcharbeiten. Sie merken, wir kommen unserem ersten kompletten CNC-Programm immer näher.

Ich wünsche Ihnen viel Spaß beim Bearbeiten dieses Kapitels.

Lernziele

Nach dem Durcharbeiten des Kapitels wissen Sie

  • was sich hinter den technologischen Informationen verbirgt,
  • wie beim Drehen ein CNC-Programm aufgebaut ist,
  • wie beim Fräsen ein CNC-Programm aufgebaut ist.

Arbeitsplanung Drehen

Legen wir nun mit der Arbeitsplanung für Drehteile los. Der Arbeitsplanung kommt ein sehr hoher Stellenwert in der CNC-Technik zu. Je genauer und effektiver ich geplant habe, desto besser kann ich das Projekt umsetzen. An erster Stelle steht die Analyse der technischen Zeichnung. Wir sollten uns von folgenden Punkten leiten lassen:

  • 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

Um diese Punkte berücksichtigen zu können, müssen wir natürlich auch eine technische Zeichnung des zu fertigenden Werkstückes vorliegen haben. Wir bearbeiten das Beispiel im Folgenden:

Übung

Übung 7:

Werkstück spannen

Das Werkstück wird in einem hydraulisch betätigten Dreibackenfutter gespannt. 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.

Abb. 4.1: Drehteil

Somit ergibt sich folgende Spannsituation:

Abb. 4.2: Spannsituation

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 auf CNC-Maschinen gehören das Längsdrehen, Plandrehen, Gewindedrehen und Stechdrehen. Wir gehen beim Programmieren immer davon aus, dass sich das Werkzeug hinter der Drehmitte befindet. Betrachten wir die notwendige Zerspanung an unserem Übungsteil:

Es ist ein Wellendurchmesser von 36 mm anzudrehen auf einer Länge von 30 mm. Dessen Oberfläche muss einen Mittenrauhwert von 3,2 µ aufweisen. Der Mittenrauhwert wird durch folgendes Symbol in der technischen Zeichnung angegeben:

Dazu werden wir diesen Durchmesser vordrehen (schruppen) mit einem entsprechenden Aufmaß. Dieses Aufmaß beträgt bei allen Längen, also der Z-Achse 0,5 mm und bei allen Durchmessern, also bei der X-Achse, 1 mm.

  • Die Länge des Teiles mit 60 mm erfordert einen Planschnitt mit 1 mm Span.
  • Für die Fertigbearbeitung (schlichten) sehen wir ein eigenes Werkzeug vor.

Somit benötigen wir bei unserer Übung das Längs- und das Plandrehen. Wir verwenden folgende Werkzeuge. Da wir uns noch nicht mit dem Werkzeugspeicher unserer Steuerung auseinandergesetzt haben, gebe ich Ihnen für diese Übung die Werkzeuge und die entsprechenden Werkzeugnamen vor:

Abb. 4.3: Wendeschneidplatte 80°

80° (Grundform C) – Platte A (Freiwinkel 3°) Drehwerkzeug Außen Links – Schruppdrehwerkzeug – T = „A_SCHRUPP_80_0.8“, Schneidenlage 3 HM-beschichtet

Zum besseren Vorstellungsvermögen zeige ich Ihnen hier schematisch die Wendeschneidplatte:

Abb. 4.4: Wendeschneidplatte 55°

55° (Grundform D) – Platte A (Freiwinkel 3°) Drehwerkzeug Außen Links – Schlichtdrehwerkzeug T = „A_SCHLICHT_55_0.8“, Schneidenlage 3 HM-beschichtet.

Die Werkzeugnamen für die Drehwerkzeuge sind in diesem Fernlehrgang folgendermaßen definiert:

  • A oder I – steht für Außenbearbeitung oder Innenbearbeitung
  • SCHRUPP oder SCHLICHT – steht für Schruppwerkzeug bzw. Schlichtwerkzeug
  • 55 – steht für den Winkel (hier 55°) der Wendeschneidplatte
  • 0.8 – steht für den Schneidenradius der Wendeschneidplatte

Hierzu folgen zu einem späteren Zeitpunkt in diesem Fernlehrgang, bei den entsprechenden Übungsaufgaben, noch detailliertere Informationen.

Auch hier zeige ich Ihnen zum besseren Vorstellungsvermögen schematisch die Wendeschneidplatte:

Die Lage der Schneide ergibt sich aus folgenden, genormten Schneidenlagen:

Abb. 4.5: Schneidelagen a)

Abb. 4.5: Schneidelagen b)

Hier noch einige wichtige Informationen zur Werkzeuggeometrie bei unseren ausgewählten Drehwerkzeugen:

Lassen Sie uns an dieser Stelle die Werkzeugbezeichnungen genauer unter die Lupe nehmen. Der erste Kennbuchstabe (in unserem Beispiel C) einer Wendeschneidplatte bezeichnet die Grundform der Wendeschneidplatte die wir verwenden, der zweite Kennbuchstabe (in unserem Beispiel A) beziffert den gewählten Freiwinkel (hier 3°).

Vergleiche hierzu folgende Tabelle:

Abb. 4.6: Bezeichnung von Wendeschneidplatten

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°.

Schneidelänge

Die Haltergröße, die wiederum vom Maschinenhersteller festgelegt wird, bestimmt die Schneidplattengröße und damit die Schneidenlänge. Von ihr leitet sich die wählbare Spantiefe (Schnitttiefe) 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.

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 unseren Fernlehrgang 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.

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°.

Abb. 4.7: Einstellwinkel

Nachdem wir nun einiges über die Drehwerkzeuge erfahren haben, fahren wir bei der Abarbeitung unserer Punkte fort. Zur Auswahl der Werkzeuge gehört auch das Ermitteln der Werkzeugkorrekturdaten.

Wichtige Einstellmaße eines Drehwerkzeuges

Werkzeugträger- bezugspunkt T

Abb. 4.8: Bezugspunkt

Für die Verrechnung der Werkzeuglängen in der Steuerung werden die Abmaße des Werkzeuges in der X- und Z-Achse vom Werkzeugträgerbezugspunkt T bis zur Schneide ermittelt. Diese Maße werden auch allgemein mit Q (Querabmaß) und L (Länge) bezeichnet.

Abb. 4.9: Drehwerkzeug

Abb. 4.10: Werkzeugrevolver

Der Bezugspunkt T befindet sich meistens am Werkzeugrevolver dort, wo der Werkzeughalter gespannt wird. Dieses Schema des Arbeitsraumes einer CNC-Drehmaschine soll Ihnen dies verdeutlichen:

Einstellmaß der X-Achse

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 der Z-Achse

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:

Die eine Möglichkeit ist die Bestimmung dieser Maße im Arbeitsraum der Drehmaschine durch Ankratzen am Werkstück mithilfe eines Messtasters oder durch ein Einstellmikroskop.

Die andere Möglichkeit ist das Vermessen der Werkzeuge mit einem externen Voreinstellgerät. Diese Geräte arbeiten optisch, z. B. mit Laserkamera, und messen auf 1/1.000 mm genau.

Abb. 4.11: Werkzeugvoreinstellgerät mit Laserkamera

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, was wir in Lehrbrief 1 beim DNC-Betrieb schon erwähnt haben.

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 mithilfe eines Einrichteblattes die Maschine gerüstet werden. Jeder Betrieb hat individuell gestaltete Formblätter. Für unseren Fernlehrgang soll dieses Einrichteblatt für das Drehen zum Einsatz kommen.

Eine Vorlage für das „Einrichteblatt Drehen“ finden Sie hier als Download.

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Abb. 4.12: Vorlage Einrichteblatt

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Abb. 4.13: Ausgefülltes Einrichteblatt

Einige Punkte in diesem Einrichteblatt erhalten Sie jetzt noch genauer erläutert.