Werkzeugmaschinen

Gestelle und Gestellbauteile

• Welche Anforderungen sind von den Gestellen von Werkzeugmaschinen (WZM) möglichst weitgehend zu erfüllen?

Genaue Lage der Bewegungsachsen

Hohe statische und Dynamische Steifigkeit

Geringer Verformung bei Thermischer Beanspruchung

Fertigungs und Montagegerecht

Wartungs und Instandhaltungsgerecht

Geringe Fertigungskosten

Sind alle Anforderungen immer vollständig erfüllbar oder sind auch gegensätzliche Ansprüche an Gestelle vorhanden?

Welche könnten das ggf. sein?

Manche Anforderungen wiedersprechen sich, bzw sind nicht immer vollständig erfüllbar. Zb. Genauigkeit der Bewegungsachsen und Steifigkeit VS Fertigungskosten oder

Steifigkeit VS Fertigungs und Montagegerecht

• Benennen Sie die wichtigsten Komponenten einer Portalfräsmaschine! (Aufgabe kann auch so gestellt sein, dass die Bezeichnungen in einer Skizze /einem Foto eingetragen oder zugeordnet werden müssen!)

Maschinenbett mit Tisch

Portalschlitten mit Maschinenportal

Querbalken

Frässupport mit Fräskopf

• Benennen Sie die Gestellbauformen von Drehmaschinen und formulieren Sie Vor- und Nachteile!

Flachbettausführung Nachteil: Spänestau

Frontbettausführung Vorteil: Automatisierter Werkstückwechsel einfach realisierbar

Waagerechtausführung

Schrägbett Ausführung Vorteil: Kein Späne und Kühlmittelstau  Thermische Belastung des Bettes geringer

Senkrechtausführung Vorteil: Schwere Bauteile üben keine Biegebeanspruchung auf die Spindel aus

• Erläutern Sie die Bauformen von horizontalen /vertikalen Bohr- und Fräsmaschinen! (NICHT auswendig auslernen! Sie müssen aber z.B. erklären könne, welche Bewegungen jeweils vom Tisch und welche vom Werkzeug ausgeführt werden!)

Konsole oder Bett, Bei Vertikal auch noch Portalbauweise

• Erläutern Sie die Vor- und Nachteile der Gestellgrundformen von Pressen (C- und O-Gestelle)!

C – Gestell

+ Gute Zugänglichkeit zum Arbeitsraum

• Fluchtungsfehler des Werkzeuges durch aufbiegen des Gestelles

O – Gestelle

+ Viel Steifer  Gute Führung des Werkzeuges

• Schlechte Zugänglichkeit zum Arbeitsraum

• Wie ist die Steifigkeit definiert?

k=(F/X)_F0

Steifigkeit ist Kraft / Verformung

Welche Kraft- und Längeneinheit wird zumeist verwendet?

Newton und µm

Was ist der Unterschied zwischen mittlerer und punktueller Steifigkeit?

Mittlere Steifigkeit: k= Tan(α₀)

PunktuelleSteifigkeit: K^*=Tan(α), α₀< α Weil α₀ zwischen X- Achse und Sekante ist, α zwischen X- Achse und Tangente im punkt F₀/X₀

Zeichnen Sie jeweils eine Skizze zur Verdeutlichung des Sachverhalts!

• Wie ist die Nachgiebigkeit definiert?

Die Nachgiebigkeit d ist der Kehrwert der Steifigkeit k, d=1/k = dX/dF

• Erläutern Sie, warum die Nachgiebigkeit der Gesamtmaschine stark von der Nachgiebigkeit des „weichsten“ Teils abhängig ist!

Weil sich die Nachgiebigkeit der einzelnen Bauteile addieren und somit der weichste Teil der Maschine den größten Einfluss auf die gesamt Nachgiebigkeit hat. Die WZM ist immer weicher als ihr im Kraftfluss liegendes weichstes Bauteil.

• Mit welchem Mittel können die Verformungen von WZM simuliert und optimiert werden? Welcher Grundsatz wird dabei angewendet? (Denken Sie an das besprochene Beispiel von Vogelknochen!)

Mit der FEM Analyse

Nachahmung der Natur um einerseits Gewicht zu sparen und trotzdem Steif bauen zu können (Hohlprofile, Rippen)

• Welche Querschnittsformen sind für Biegebeanspruchungen gut geeignet, welche für Torsionsbeanspruchungen? (Frage kann so gestellt werden, dass aus einem Diagramm / einer Tabelle die am besten geeigneten Querschnitte herausgesucht und markiert werden müssen!)

• Welche Maßnahmen können getroffen werden, um bei Schraubenverbindungen örtliche Verformungen möglichst gering zu halten?

• Mehrschraubenverbindung: Anordnung nahe der Ständerwandung ( Kraftflussoptimierung)

• Anordnung in der Ständerwandung  Keine Biegebeanspruchung

• Zusätzliche Verrippung

• Größere Flanschdicke

• Nennen Sie die wichtigsten Gestellwerkstoffe und deren Vor- und Nachteile!

In welchem Verhältnis zur Eigenfrequenz eines Systems muss die Erregerfrequenz stehen, damit hohe Schwingungsausschläge entstehen (Resonanzkatastrophe)?

Wenn die Eigenfrequenz im Bereich der Erregerfrequenz liegt entsprechen hohe Schwingungsausschläge. Das System ist instabil!

• Wie kann man daher hohe Schwingungsausschläge vermeiden?

Durch eine erzwungene genau abgestimmte Schwingung ( Erregerfrequenz).

• Erläutern Sie, wie das Schwingungsverhalten einer Maschine vereinfacht dargestellt werden kann! (siehe Folie 21!)

Durch Abstraktion über den Mehrmassenschwinger zum Einmassenschwinger

• Stellen Sie die Schwingungsdämpfung von Polymerbeton und Grauguss (GG) einander gegenüber! Analysieren Sie dazu das Diagramm auf Folie 23!

Polymerbeton hat ca ½ Schwingungsausschlag und baut viel schneller Schwingungen ab als Grauguss!

• Wie kann die Dämpfung von GG-Gestellen verbessert werden?

Man belässt den Kernsand im Gestell (Trockene Reibung)

• Nennen Sie innere Wärmequellen und Umgebungseinflüsse, die zu thermischen Beanspruchungen von WZM führen können!

Inneren Einflüsse

Lager

Motoren

Getriebe

Hydrauliksystem

Kühlwasserkreislauf

Prozesswärme

Reibungsverluste in Führungen

Kugelroll Spindel

Umgebungseinflüsse:

Hallenkima: Vertikal, Horizontale Temp. Verteilung

Temp, Schwankungen , Tag, Nacht Kilaanlage, Luftströmungen Gebläse

Direkter Strahleneinfluss: Sonne Heizkörper Benachbarte Anlage

Wärmesenken: Fundamente geöffnete Hallen Tore, Fenster

• Analysieren Sie das Sankey-Diagramm einer Fräsmaschine (Folie 27)! Was sind die Hauptwärmequellen? Wie kann diese Wärme rasch abgeführt werden?

Hauptwärmequellen: Späne und Kühlmittel

Rasche abfuhr der Wärme:

Gestellteile gegen Späne abdecken, Schrägbettmaschine Späneförderer

• Wie ändert sich die Energieverteilung an der Zerspanstelle mit der Schnittgeschwindigkeit? Analysieren Sie dazu das Diagramm auf Folie 28!

Je höher die Schnittgeschwindigkeit wird umso mehr Energie befindet sich im Span. Ab ca 150m/min Schnittgeschwindigkeit nimmt die Energie im Werkzeug nicht mehr zu, wobei die Energie im Spann immernoch steigt.

• Wie kann die thermische Beanspruchung von Maschinen(gestellen) verringert werden? (siehe Folie 30)

Trennen der Wärmequellen vom Gestell, dh. Hauptgruppen die Wärme produzieren aus dem Gestell auslagern (Hauptantrieb und Hydraulik)

• Erläutern Sie den Begriff „thermosymmetrische Konstruktion“! Nutzen Sie die Infos auf den Folien 31 und 32!

Die Baugruppen Befestigung spielt bei der Konstruktion der WZM eine große Rolle. Zb. Einspannung unter der Hauptwärmequelle bringt 50% bessere Werte bei der Verformung.

Durch gezielte Ausnutzung der Symmetrieebene kann die Verformung reduziert werden.

• Erläutern Sie anhand der Tabellenwerte auf Folie 35 die gute Eignung von Polymerbeton als Gestellwerkstoff!

Die geringe Wärmeleitfähigkeit bei hoher spez. Wärmeleitkapazität führt bei Lastschwankungen zu kleinen Temp. Änderungen und daher auch zu kleinen Temp. Verformungen.

Führungen

• Erläutern Sie die Aufgaben von Führungen! Welche Anforderungen haben die Führungen zu erfüllen?

Aufgabe: eine exakte lineare Bewegungsbahn vorgeben und müssen bearbeitungs, gewichts- und beschleunigungskräfte aufnehmen.

Anforderungen: Hohe Arbeitsgenauigkeit und großes Leistungsvermögen bei niedrigen Herstellungskosten

• Auf welche drei Arten können Führungen eingeteilt werden?

Nach Art der Führungsflächentrennung

Nach Art der freien Bewegung

Nach Art der Querschnittsform

• Wie können Führungen nach der Art der Führungsflächentrennung unterschieden werden?

Bewegungsführungen

Verstellführungen

Gleiführungen

Walzführungen

• Wie können Führungen nach der Möglichkeit der freien Bewegung unterschieden werden?

Rund und Geradführung

• Wie können Führungen nach der Querschnittsform unterschieden werden?

Dreieck: V oder Dach oder Schwalbenschwanzführung

Kreis: Seulenführung

• Was ist der Unterschied zwischen offenen und geschlossenen Führungen?

Geschlossene Führungen sind in der Lagen abhebende Kräfte aufzunehmen

• Stellen Sie die unterschiedlichen Führungsformen (Flach-, Dach- bzw. V-, Schwalbenschwanz- und Rundführung) und deren Vor- und Nachteile einander gegenüber!

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