des Studiengangs Produktionstechnik I für das Semester P4
Hinweise für P4:
alle mit einem * markierten übungsfragen bzw. Kapitel sind nicht relevant Stand: 3.1.2006
V1 - Einführung
1. Welchen Einfluss hat die Werkzeugentwicklung auf die Konstruktion von
Werkzeugmaschinen?
Verbesserte Schneidstoffe erlauben h?here Schnittgeschwindigkeiten und
gr??ere Schnittkr?fte. Dadurch müssen WZM mit steiferen und h?her belastbaren Führungen, Arbeitsspindeln, Antriebskomponenten und Gestellbauteilen ausgestattet sein.
2. Was ist der Unterschied zwischen Fertigungsgenauigkeit und
Arbeitsgenauigkeit?
Fertigungsgenauigkeit: bezieht sich aufs Werkstück, vom Konstrukteur vorgegebene und verlangte Toleranzen hinsichtlich Abmessung, Form und
Oberfl?che
Arbeitsgenauigkeit: bezieht sich auf die Genauigkeit der WZM, beeinflusst durch unzul?ssige Verlagerung der Wirkstelle zwischen Werkstück und Werkzeug
3. Nennen Sie Beispiele für St?rgr??en der Arbeitsgenauigkeit!
Statische und dynamische Kr?fte verformen die WZM und (innere und ?u?ere) thermische Einflüsse erzeugen Verlagerungen
4. Nennen Sie allgemeine konstruktive Anforderungen an Werkzeugmaschinen! Genauigkeit, Festigkeit, Automatisierung, Sicherheit, Umweltverhalten
5. Was ist eine Fertigungsaufgabe und dessen Inhalt?
Eine Fertigungsaufgabe ist die Beschreibung eines zu fertigenden Teiles
(Werkstückes bzw. Werkstückspektrums).
Inhalt der Werkstückbeschreibung: Gestalt (Geometrie), Material, Genauigkeit (Toleranz), Oberfl?chengüte, Festigkeitseigenschaften, Losgr??e
6. Was sind die Flexibilit?tsmerkmale und –ziele einer Fertigungsaufgabe? Merkmal Geometrie mit dem Ziel Teilevielfalt,
Merkmal Technologie mit dem Ziel Komplettbearbeitung,
Merkmal Menge mit dem Ziel kleine Losgr??e,
Merkmal Zeit mit dem Ziel kleine Durchlaufzeit
V2 – Begriffe im WZM-Bau, Drehmaschinen
1. Nennen Sie Fertigungsverfahren, bei denen die Werkzeuge geometrisch
bestimmte Schneiden haben!
Drehen, Fr?sen, Bohren (Senken, Reiben), R?umen, Hobeln, Sto?en, Feilen,
S?gen
2. Nennen Sie spanende Werkzeugmaschinen für Fertigungsverfahren mit
geometrisch bestimmter Schneide!
Drehmaschinen, Bohrmaschinen, Fr?smaschinen, Hobelmaschinen,
Sto?maschinen, R?ummaschinen, S?gemaschinen, Feilmaschinen
3. Nennen Sie Fertigungssysteme und ordnen Sie diese nach dem
Automatisierungsgrad!
Maschine (niedriger Automatisierungsgrad), NC-Maschine, Zentrum, Zelle, Fertigungssystem (hoher Automatisierungsgrad)
4. Skizzieren Sie den Orthogonalschnitt des Schneideneingriffs und tragen Sie
in Ihre Skizze die wesentlichen geometrischen Kenngr??en ein!
5. Welchen empirischen Zusammenhang beschreibt die Kienzle-Gleichung?* Die Kienzle-Formel erlaubt die Berechnung der Schnittkr?fte anhand der Spanungsbreite und der Spanungsdicke.
6. Was kennzeichnet das Fertigungsverfahren Drehen hinsichtlich der Schnitt-
und Vorschubgeschwindigkeit?
Die Schnittgeschwindigkeit wird durch Rotation des Werkstückes erzeugt.
Die Vorschubgeschwindigkeit wird durch die Bewegung des Werkzeugs erzeugt.
7. Nennen Sie Formen von Maschinenbetten, wie sie für Drehmaschinen
verwendet werden!
Maschinen mit horizontaler Arbeitsspindel: Flachbettmaschine, Schr?gbett-maschine, Frontbettmaschine
Maschinen mit vertikaler Arbeitsspindel: St?nder- oder Karusselldrehmaschine (Arbeitsspindel unten) als Einst?nder oder Portalbauweise, Vertikalspindel-Drehmaschine mit Arbeitsspindel oben (Pick-Up-Maschine)
8. Nennen Sie Zusatzkomponenten, mit denen Drehmaschinen ausgestattet
sein k?nnen!
Reitstock, Lünette (Abstützung), Gegenspindel, Werkzeugrevolver, Werkzeugwechsler
9. Was sind die wesentlichen Vorteile eine Drehzentrums mit vertikaler, oben
angeordneter Arbeitsspindel gegenüber Waagerechtdrehmaschinen?
Guter Sp?nefall, Achsbewegung der Arbeitsspindel kann für das
Werkstückhandling genutzt werden, gute Zug?nglichkeit des Arbeitsraumes
10. Nennen Sie Merkmale von Gro?drehmaschinen in Senkrechtbauweise!
Günstige Aufnahme hoher Werkstückgewichte, Aufnahme auch von labilen Werkstücken mit gro?en Durchmessern, Werkstück kann im nicht gespannten Zustand auf der Planscheiben ausgerichtet werden
V3 – Bohrmaschinen, Fr?smaschinen, BAZ
V3 – Bohrmaschinen
1. Nennen Sie die Kennzeichen des Fertigungsverfahrens Bohren hinsichtlich
Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit!
Die Schnittgeschwindigkeit wird durch Rotation des Werkzeuges erzeugt.
Die Vorschubgeschwindigkeit wird entweder durch die Bewegung des Werkzeugs oder des Werkstückes in Richtung der Werkzeugdrehachse erzeugt.
2. Was sind die Besonderheiten bei der Bohrbearbeitung?
Die auf Null abfallende Schnittgeschwindigkeit in der Bohrermitte, der schwierige Abtransport der Sp?ne, die ungünstige W?rmeverteilung in der Schnittstelle, der erh?hte Verschlei?angriff auf die scharfkantige Schneidenecke, das Reiben der
Führungsfasen an der Bohrungswand
3. Nennen Sie Verfahrensvarianten des Bohrens!
Bohren ins Volle, Aufbohren, Reiben, Profilreiben, Kernbohren, Gewindebohren, Profilbohren, Unrundbohren, Profilsenken
4. Nennen Sie verschiedene Bohrmaschinentypen!
S?ulenbohrmaschine (Tisch- oder St?nderbohrmaschine), Auslegerbohrmaschine (Schnellradialbohrmaschine)
5. Was sind die Merkmale des Tiefbohrens?
Herstellen von Bohrungen mit einem L / D –Verh?ltnis > 10, hohes Zerspanvolumen, hohe Pr?zision der Bohrung, Sp?ne werden durch Druckbeaufschlagung entlang des Werkzeugs aus der Bohrung gespült
6. Nennen Sie den wesentlichen Unterschied zwischen dem Einlippen- und
BTA-Bohrsystem?
Einlippen: Sp?ne werden zwischen Bohrerschaft und Bohrung ausgespült
BTA: Sp?ne werden durch das Bohrerinnere ausgespült
V3 – Fr?smaschinen, BAZ
7. Was sind die Kennzeichen des Fr?sens hinsichtlich Schnitt- und
Vorschubgeschwindigkeit?
Die Schnittgeschwindigkeit wird durch Rotation des Werkzeuges erzeugt.
Die Vorschubgeschwindigkeit erfolgt haupts?chlich senkrecht zur Werkzeugdrehachse. Sie kann jedoch auch je nach Verfahrensvariante durch
überlagerung mehrer Vorschubachsen erzeugt werden.
8. Was ist der Unterschied zwischen Gleichlauf- und Gegenlauffr?sen? Gegenlauf: Vektoren von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit sind entgegen gerichtet
Gleichlauf: Vektoren von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeit zeigen in die gleiche Richtung
9. Nennen Sie Verfahrensvarianten des Fr?sens!
Planfr?sen (Umfangs- und Stirnplanfr?sen), Rundfr?sen, Schraubfr?sen (Gewindefr?sen), W?lzfr?sen, Profilfr?sen
10. Nennen Sie unterschiedliche Bauformen von Fr?smaschinen!
Maschinen mit vertikaler und horizontaler Hauptspindelanordnung, Kreuztisch-, Kreuzbett-, Konsolst?nder, Konsolbett-, Fahrst?nder-, Rahmenst?nderbauweise, Portal- und Gantrybauweise
11a) Was ist der Unterschied zwischen einer Portal-Tischbauweise und einer Portal-Gantrybauweise?
Portal: Maschinenbett muss mindestens doppelt so lang sein wie der Spanntisch Gantry: Maschinenbett ist so lang wie der Spanntisch
11b) Welche der beiden Maschinen ben?tigt mehr Aufstellfl?che bei vergleichbaren Werkstückgr??en? Begründen Sie Ihre Antwort! Portalbauweise
Bei gleichen Tischl?ngen ist die Portalbauweise mit verfahrbarem Tisch doppelt so lang wie die Gantrybauweise mit festem Tisch und verfahrbarem Portal.
12. Wie hei?t die unten dargestellte Bauform?
Portal-Gantrybauweise
13. Benennen Sie die nummerierten Komponenten der abgebildeten Maschine!
1. Maschinenportal
2. Spanntisch
3. Maschinenbett
4. Querbalken
5. Fr?ssupport
6. Winkelfr?skopf
7. Portalschlitten
V4 – Schleifmaschinen
1. Nennen Sie Verfahrensbeispiele für das Zerspanen mit geometrisch
unbestimmter Schneide!
Schleifen mit rotierendem Werkzeug (Schleifscheibe), Bandschleifen, L?ppen, Honen, Gleitschleifen
2. Wodurch unterscheidet sich der Schneideneingriff beim Schleifen gegenüber
dem des Drehens?
Schleifen: Werkzeug erzeugt Schnittgeschwindigkeit, viele Einzelschneiden sind am Zerspanprozess beteiligt, Schneiden sind geometrisch unbestimmt
Drehen: Werkstück erzeugt Schnittgeschwindigkeit, Zerspanung durch eine Einzelschneide, Schneide ist geometrisch bestimmt
3. Warum wird die Schneide z.B. beim Schleifen als …geometrisch unbestimmt“
bezeichnet?
Frei- und Spanwinkel der vielen Einzelschneiden (Einzelk?rner) sind alle unterschiedlich
4. Skizzieren Sie die Struktur einer Schleifscheibe und bezeichnen Sie die
wesentlichen Merkmale!
5. Nennen Sie verschiedene Au?enrund-Schleifverfahren!
Umfangs-Querschleifen (Einstechschleifen), Umfangs-L?ngsschleifen, Spitzenlosschleifen, Schr?geinstechschleifen
6. Nennen Sie verschiedene Schleifmaschinenbauarten!
Rundschleifmaschine (Au?enrund- und Innenrund-Schleifmaschine), Profilschleifmaschine (Flachschleifmaschine), Planschleifmaschine, Werkzeugschleifmaschine, W?lzschleifmaschine (Verzahnungsschleifmaschine)
7. Was ist der Unterschied zwischen dem Au?enrund-Einstechschleifen und
dem Au?enrund-Schr?geinstechschleifen?
Au?enrundeinstechschleifen: Schleifscheibenachse und Werkstückachse sind parallel, die Vorschubbewegung der Schleifscheibe ist radial, also rechtwinklig zur Werkstückachse.
Au?enrund-Schr?geinstechschleifen: Schleifscheibenachse und Werkstückachse sind nicht parallel, die Vorschubbewegung der Schleifscheibe ist radial, also
schr?g zur Werkstückachse angestellt. Dadurch k?nnen auch Planschulterfl?chen geschliffen werden mit geringen Kontaktl?ngen.
8. Welche geometrischen Fl?chen stellen beim Au?enrund-
Schr?geinstechschleifen einer Planschulter zum einen die Berührungsfl?che der Schleifscheibe und zum anderen die Planschulter des Werkstückes dar? Berührungsfl?che der Schleifscheibe = Kegelmantelfl?che
Planschulter des Werkstückes = ebene Fl?che
9. Skizzieren Sie das geometrische und kinematische Verfahrensprinzip des
Spitzenlosschleifens!
10. Ist das Spitzenlosschleifen ein Gleichlauf- oder Gegenlaufschleifen? Gleichlaufschleifen
11. Wie gro? ist die Durchmesser?nderung wenn der Zustellbetrag 1 mm
betr?gt
a) beim Au?enrund-Einstechschleifen?
2 mm (Zustellung = Abstand?nderung zwischen Schleifscheibe und
Werkstückmittenachse)
b) beim spitzenlosen Au?enrund-Einstechschleifen?
1 mm (Zustellung = Abstand?nderung zwischen Schleifscheibe und Regelscheibe)
12. Wie wird beim spitzenlosen Durchlaufschleifen die axiale
Vorschubgeschwindigkeit erzeugt?
Durch das Neigen der Regelscheibe wird zus?tzlich zur tangentialen Geschwindigkeitskomponente auch eine axiale Komponente erzeugt. Diese treibt das Werkstück in axialer Richtung an.
13. Nennen Sie m?gliche Antriebsvarianten für den Tischl?ngsvorschub von
Flachschleifmaschinen!
hydraulische Zylinder-Kolbensysteme, Kugelgewindetriebe, Linearmotoren (Direktantrieb), Zahnstange-Schneckenantriebe, Zahnriemenantriebe oder Kombinationen dieser
14. Was ist der Unterschied zwischen Pendelschleifen und Tiefschleifen? Pendelschleifen: das Gesamtaufma? wird in mehreren überl?ufen nacheinander mit h?heren Tischgeschwindigkeiten abgetragen.
Tiefschleifen: das Gesamtaufma? wir in einem überlauf bei geringeren Tischgeschwindigkeiten abgetragen.
15. Nennen Sie Verschlei?arten an Schleifscheiben!
Makroverschlei?: Ver?ndern der Schleifscheibengeometrie, Durchmesserverlust, Kantenverrundung, Unrundheiten
Mikroverschlei?: Abstumpfen der Schleifk?rner, Abrasion, Verlust an scharfen Schneiden, Verlust von Spanraum
16. Wie kann man Schleifscheibenverschlei? beseitigen bzw. kompensieren? Durch Abrichten bzw. Profilieren und Sch?rfen
17. Nennen Sie verschiedene Abrichtverfahren!
Abrichten mit stehenden Abrichtwerkzeugen: Abrichten mit Vielkornabrichter, Abrichten mit Einkornabrichter
Abrichten mit rotierenden Abrichtwerkzeugen: Abrichten mit Formrolle, Abrichten mit Profilrolle
18. Welche Aufgabe hat der Schleifspindelstock?
Aufnahme des Spindellagersystems der Schleifscheibe,
Aufnahme des Schleifspindelantriebs
19. Skizzieren Sie eine w?lzgelagerte Schleifspindel mit ihren wesentlichen
Komponenten und benennen Sie diese!*
Alternativ auch anstelle Direktantrieb ein Riementrieb mit externem Motor, Prinzipskizze ohne Lagerfixierung und ohne Drehgeber
20. Was sind die Ursachen für Unwuchten von Schleifscheiben? geometrische Abweichungen der Schleifscheibe von der idealen Form, inhomogenes Schleifscheibengefüge
21. Wie k?nnen Unwuchten an Schleifscheiben beseitigt werden? Geometrisch bedingte Unwuchten durch Abrichten,
die übrigen Unwuchten durch statisches oder dynamisches Auswuchten
22. Skizzieren Sie die wesentlichen mechanischen Schutzsysteme einer
Schleifmaschine!
V5 – Abtragende Maschinen, Lasermaschinen, Wasserstrahlschneidanlagen
1. Nennen Sie Fertigungsverfahren, die zu den abtragenden Verfahren z?hlen! Funkenerosive Bearbeitung (funkenerosives Senken, funkenerisoves Schneiden) elektrochemische Bearbeitung (elektrochemisches Entgraten, elektrochemisches Senken), thermisches Abtragen (Abtragen mit Elektronenstrahl oder mit Laser)
2. Was bedeuten die Abkürzungen EDM und ECM?
EDM: Electro Discharge Machining
ECM: Electrochemical Machining
3. Was sind die Hauptanwendungen elektrochemischer Bearbeitung? elektrochemisches Entgraten und elektrochemisches Senken
4. Auf welchem Effekt basiert die Bearbeitung durch ECM?
Elektrolyse (Ladungs- und Stoffaustausch)
5. Skizzieren Sie den Querschnitt eines elektrochemischen Senkprozesses einer
Bohrung, so dass die Bohrung nicht konisch wird. Benennen Sie die
wesentlichen Komponenten!
6. Wie wird das flüssige Arbeitsmedium bei der ECM-Bearbeitung genannt? Elektrolyt
7. L?sst sich Kunststoff als Werkstückstoff elektrochemisch bearbeiten?
Begründen Sie Ihre Antwort!
Nein, weil nicht elektrisch leitend
8. Nennen Sie Verfahrensvarianten der funkenerosiven Bearbeitung! Funkenerosives Senken, funkenerosives Schneiden (Drahtschneiden)
9. Wie wird das flüssige Arbeitsmedium bei der EDM-Bearbeitung genannt und
welche Fluide k?nnen verwendet werden?
Dielektrikum (Kohlenwasserstoffe oder deionisiertes Wasser)
10. L?sst sich Kunststoff als Werkstückstoff funkenerosiv bearbeiten? Begründen
Sie Ihre Antwort!Nein, weil nicht elektrisch leitend
11. Das nachfolgende Bild zeigt aufeinander folgende Situationen beim
funkenerosiven Senken, die im oberen Teil durch verschiedene Spaltweiten gekennzeichnet sind. Zeichnen Sie schematisch in das darunter abgebildete leere Diagramm die Spaltspannungen ein, die bei den beschriebenen
Situationen vorkommen! Der zeitliche Abstand zweier Situationen entspricht der Periodendauer t P. t0 ist die
Pausendauer.*
12. Was sind die Hauptanwendungen des Drahterodierens?
Herstellen von Durchbrüchen bei Schnitt-, Extruder-, Strangpresswerkzeugen
13. Wie gro? ist die Bearbeitungsfl?che beim Drahterodieren?
Sie entspricht dem Durchmesser des Drahtes multipliziert mit der aktiven
Drahtl?nge
14 Ben?tigt die Mikrolaserbearbeitung im Vergleich zu anderen
Laserbearbeitungsverfahren eher hohe oder eher niedrige Strahlintensit?ten und Einwirkzeiten?
Hohe Strahlintensit?t bei kurzer Einwirkzeit, da benachbarte Mikrobereiche nicht gesch?digt werden dürfen
15. Wie hei?en die drei Verfahrensvarianten des Laserstrahlschneidens? Sublimierschneiden, Schmelzschneiden, Brennschneiden
16 Das Laserschneiden ist aufgrund von Verfahrensgrenzen bei z.B. Baustahl
auf 20 mm Materialdicke beschr?nkt.
a) Welches alternative Verfahren kann angewendet werden, was auf
Maschinen eingesetzt wird, die ?hnliche Kinematiken wie
Laserschneidanlagen haben?
Wasserstrahlschneiden
b) Zu welcher Gruppe trennender Verfahren z?hlt diese Technologie? trennendes Fertigungsverfahren, Spanen mit geometr. unbestimmter Schneide
c) Welchen weiteren Vorteil hat das Verfahren gegenüber dem Lasern?
Es entsteht keine thermische überhitzung der Schneidzone
V6 – Maschinen zum Umformen und Zerteilen
1. Skizzieren Sie jeweils das Verfahrensprinzip für das Walzen, Tiefziehen und
Abkanten!
Walzen Tiefziehen
Abkanten
2. Nennen Sie Werkzeugmaschinen zum Umformen!
Hammer, Presse, Walzmaschine, Biegemaschine, Ziehmaschine, Maschinen zum Umformen mit Wirkmedien
3. Die Funktionsprinzipien von Umformmaschinen werden in energie-, kraft-
und weggebundene eingeteilt. Nennen Sie jeweils ein Beispiel für jedes
Prinzip!
Energiegebunden: Hammer, Spindelpresse
Kraftgebunden: Hydraulikpresse
Weggebunden: Exzenterpresse, Kurbelpresse
4. Nachfolgend ist die Antriebsart einer Spindelpresse dargestellt.
a) Handelt es sich dabei um eine Ein- oder Mehrscheiben-Spindelpresse? Einscheiben-Spindelpresse
b) Wie wird die Spindel beansprucht?überlagerung von Torsion, Zug und Druck
5. Wie wird der Hub einer Exzenterpresse mit verstellbaren
Exzenterwellenantrieb eingestellt? Wie gro? ist dabei der maximale und der minimale Hub?
Der Exzenterzapfen hat eine feste Exzentrizit?t e1 auf der Exzenterwelle. Im Pleuel sitz eine Exzenterbuchse mit einer festen Exzentrizit?t e2 zwischen Bohrung und Au?endurchmesser. Durch Verdrehen der Exzenterbuchse im Pleuel kann die Gesamtexzentrizit?t e eingestellt werden.
Gr??er Hub: H(max) = 2(e1 + e2)
Kleinster Hub: H(min) = 2(e1 – e2)
6. Welches Verfahrensprinzip ist im nachfolgenden Bild
dargestellt?
Reckwalzen
7. Welches Verfahrensprinzip ist im nachfolgenden Bild dargestellt? Unterhalb
der Mittellinie wird das Fertigteil gezeigt, oberhalb die Ausgangssituation mit
Werkzeug.
Drücken
V7 – Mehrmaschinensysteme
1. Nennen Sie Mehrmaschinensysteme und ordnen Sie diese in einem
Diagramm ein, welches Produktivit?t in Abh?ngigkeit der Flexibilit?t
dargestellt!
2. Nennen Sie Unterschiede sowie Gemeinsamkeiten von starren und flexiblen
Transferstra?en!
Gemeinsamkeiten: Arbeitsfortschritt getaktet von Station zu Station (oder mit Zwischenpuffer), r?umliche und zeitliche Verkettung durch Werkstücktransport-einrichtung
Starre Transferstra?e: Serielle Aneinanderreihung von unterschiedlichen Einzweckmaschinen, jede Station hat eine feste Bearbeitungsaufgabe,
Span-zu-Span-Zeit bis ~1 sec. (Werkzeugwechsel)
Flexible Transferstra?e: Serielle Aneinanderreihung von unterschiedlichen NC-Bearbeitungsmaschinen, universeller Einsatz m?glich,
Span-zu-Span-Zeit von mehreren Sekunden (Werkzeugwechsel)
3. Was ist der Hauptvorteil des flexiblen Transferstra?en-Konzeptes Flexline? Das Konzept l?sst sich unterschiedlich nutzen. Es kann sowohl für eine Parallel-bearbeitung (hohe Produktivit?t bei einfachen Teilen) als auch für eine Transfer-bearbeitung (hohe Flexibilit?t bei komplexen Werkstücken) eingesetzt werden.
4. Ordnen Sie die das FFZ, FFS und BAZ nach dem Automatisierungsgrad! Beginnend mit dem niedrigsten Automatisierungsgrad: 1. BAZ, 2. FFZ, 3. FFS
5. Was ist der wesentliche Unterschied zwischen einem flexiblen
Fertigungssystem und einer Transferstra?e?
Auf einem FFS ist im Gegensatz zur Transferstra?e die Abarbeitung in beliebiger Reihenfolgeansteuerung der einzelnen Bearbeitungseinheiten m?glich.
6. Was ist die Hauptaufgabe bei der Realisierung eines flexiblen
automatisierten Mehrmaschinensystems?Dafür Sorge zu tragen, dass die mechanischen Schnittstellen einheitlich sind