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Über dieses Buch

Dieses Fachbuch beinhaltet den gesicherten Erkenntnisstand eines wichtigen Teilgebietes der Fertigungstechnik. Neue Entwicklungsrichtungen und moderne Lösungen werden aufgezeigt. Damit sollen Anregungen für die industrielle Praxis gegeben, Studium, Ausbildung und Qualifizierung ermöglicht werden. Das vorliegende Fachbuch ist deshalb für Studierende an Fachhochschulen und Universitäten, für die Technikerausbildung, für die Weiterbildung und Erwachsenenqualifizierung sowie für Praktiker in Industrie und Handwerk zu empfehlen. Es ist durch die geschlossene, auf das Wesentliche konzentrierte Darstellung des Wissensgebie­ tes und seinen methodisch-didaktischen Aufbau als Lehrbuch ausgewiesen. Zugleich wird großer Wert auf eine wissenschaftlich fundierte Aussage und Darstellung des Fachwissens sowie eine fachgerechte Ausdrucksweise gelegt. Unter Berücksichtigung neuester Erkenntnis­ se und Entwicklungstendenzen des Fachgebietes, erfüllt das vorliegende Buch die Anforderun­ gen an ein modernes Fachbuch. In anschaulicher und einprägsamer Darstellung wird das Fachwissen zur Vorrichtungstechnik systematisch und in seinen komplexen Zusammenhängen vermittelt. Den Ausgangspunkt bilden die Voraussetzungen, Aufgaben, Ziele und der Nutzen des Einsatzes von Vorrichtungen in Verbindung mit dem gegenwärtigen Stand der Technik. Darauf aufbauend, wird die Vorgehensweise zur Entwicklung und Konstruktion von Vorrichtungen ausführlich behandelt. Über die Grundlagen des Vorrichtungsentwurfes werden die Wechselbeziehungen zum Produktionsprozeß dargestellt und der prinzipielle Aufbau der Vorrichtungen abgeleitet. Über die Realisierung der Hauptfunktionen Bestimmen, Spannen, Führen und Teilen erfolgt die systematische Vorrichtungsentwicklung und -konstruktion.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung
Vorrichtungen gehören zu den Grundvoraussetzungen einer rationellen und wirtschaftlichen Fertigung im Produktionsbetrieb. Mit der Weiterentwicklung der Produktionstechnik, insbesondere der fortschreitenden Automatisierung der Produktion, haben Vorrichtungen eine immer größere Bedeutung erlangt. Dies kommt auch in den ständig wachsenden Leistungsanforderungen an die Vorrichtungstechnik zum Ausdruck.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

2. Aufgaben — Grundbegriffe, Einteilung, Nutzen

Zusammenfassung
Alle Erzeugnisse des Maschinenbaues bestehen aus Einzelteilen, die als Werkstücke Gegenstand eines Fertigungsprozesses waren. In der Produktion werden dazu die unterschiedlichsten Fertigungseinrichtungen eingesetzt. So kommen konventionelle Werkzeugmaschinen ebenso zum Einsatz wie NC- und CNC-Werkzeugmaschinen, Bearbeitungszentren, Fertigungszellen und flexible Fertigungssysteme.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

3. Konstruieren einer Vorrichtung

Zusammenfassung
Im Fertigungsprozeß werden die Vorrichtungen mit den durch sie bestimmten und gespannten Werkstücken auf den Werkzeugmaschinen positioniert und befestigt. Die Werkzeuge werden durch Einrichten so eingestellt, daß die geforderte Bearbeitungsposition durch jedes Werkzeug erreicht wird. Das Einrichten kann dabei auf verschiedene Arten erfolgen:
1
durch Anlegen von Werkzeugeinstellelementen an die Bestimmflächen oder eigens dafür vorgesehene Richtflächen der Vorrichtung
 
2
bei bekannter Werkstückposition zur Maschine über die Berechnung von Referenzkoordinaten und Anfahren der Bearbeitungsposition über die NC-Steuerung.
 
Achim Trummer, Helfried Wiebach

4. Positionieren und Bestimmen

Zusammenfassung
Diese Begrffe kennzeichnen die für eine Bearbeitung erforderliche genaue und wiederholbare räumliche Lageanordnung eines Werkstückes im Arbeitsraum einer Fertigungseinrichtung. Für die Bearbeitung des Werkstückes ist seine Position zum Werkzeug der Werkzeugmaschine maßgebend. Eine für die Bearbeitung notwendige Relativlage zwischen Werkstück und Werkzeug kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Zu einem festliegenden Werkstück kann das Werkzeug positioniert werden, bei vorgegebener fester Werkzeuganordnung muß das Werkstück positioniert werden, und schließlich kann das Positionieren beider zweckmäßig sein, insbesondere wenn verschiedene Positionierschritte zeitlich und räumlich getrennt erfolgen müssen.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

5. Spannen

Zusammenfassung
Aus den bisherigen Darlegungen wurde erkannt, daß der Fertigungserfolg, insbesondere das Erreichen der geforderten Genauigkeit, vom fachgerechten Positionieren und Bestimmen des Werkstückes abhängt.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

6. Führen

Zusammenfassung
Nachdem ein Werkstück in der Vorrichtung bestimmt und gespannt wurde, ist es teilweise noch notwendig, die Stellung des Werkzeuges zum Werkstück eindeutig festzulegen. Werk­zeugführungen und Werkzeugeinstellelemente sind Vorrichtungselemente, die eindeutig die Lage des Werkzeuges zum Werkstück festlegen.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

7. Teilen

Zusammenfassung
Häufig sind bestimmte Arbeitsoperationen, z. B. das Fertigen einer Bohrung oder das Fräsen einer Nut, wiederholt am gleichen Werkstü ck durchzufü hren. Alle fertigungstechnischen Parameter bleiben in diesem Fall erhalten, lediglich die Bearbeitungsstelle ändert sich am Werkstü ck. Entsprechend der Anzahl der zu fertigenden gleichartigen Formelemente sind die erforderlichen Bestimmlagen zu gewährleisten. Diese Aufgabe kann ü ber mehrere verschiedene Aufspannungen des Werkstü ckes nicht wirtschaftlich gelöst werden, eine Teilvorrichtung wird notwendig. Teilvorrichtungen ermöglichen die Durchfü hrung einer vorgegebenen Fertigungsaufgabe in mehreren Bestimmlagen, die dem Werkstü ck nacheinander zugeordnet werden können.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

8. Dimensionieren und Gestalten

Zusammenfassung
Im Kapitel 3 wird der konstruktive Entwicklungsprozeß in seiner Gesamtheit dargestellt. Auf der Grundlage konkreter Konstruktionsanforderungen wird über die Phasen Planen — Konzipieren — Konstruieren die systematische Vorgehensweise der Konstruktionsmethodik realisiert. Dabei ist die Phase des Konstruierens ein Erkenntnisprozeß, in der die konstruktive Entwicklung wechselseitig als Entwerfen und Ausarbeiten im ganzheitlichen Konstruktionsprozeß erfolgt. Nachfolgend wird das Konstruieren weiter analysiert.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

9. Rechnergestützte Vorrichtungskonstruktion

Zusammenfassung
Computereinsatz und NC-Fertigung ermöglichten kompliziertere Werkstückgeometrien und damit eine größere Werkstückvielfalt, die zu kleineren Losgrößen führte. Diese Ursachen und verschärfter Wettbewerbsdruck bewirken kürzere Innovationszeiten und eine durchschnittlich geringere Produktlebensdauer. Der daraus resultierende größere Bedarf an Vorrichtungen wird vom Zwang nach kundenwunschabhängiger Fertigung bestimmt. Zugleich müssen alle Anforderungen mit kürzeren Lieferzeiten und sinkenden Fertigungskosten erfüllt werden.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

10. Flexible Werkstückspanntechnik

Zusammenfassung
Während die Bearbeitungsmaschinen mit den Werkzeugen das Leistungsniveau in der Produktionstechnik im wesentlichen bestimmen, erfüllt die verfügbare Vorrichtungstechnik häufig nicht diese Leistungsanforderungen. Die einsetzbare Werkstückspanntechnik begrenzt zunehmend die Möglichkeiten der rationellen modernen Fertigungstechnik und stellt eine Schwachstelle in der Teilefertigung dar. Die volle Auslastung der flexiblen Fertigungssysteme erfordert den Einsatz einer ebenso flexiblen und leistungsfähigen Vorrichtungstechnik [10. I].
Achim Trummer, Helfried Wiebach

11. Sensorik für Vorrichtungen

Zusammenfassung
Die zunehmende Automatisierung der Fertigungsabl — ufe ä insbesondere die Schaffung von CIM-Strukturen — erfordert eine automatisierbare Vorrichtungs- und Werkstückspanntechnik, die in den Prozeßablauf der Teilefertigung voll integrationsfähig ist [11.1]. Sinkende Losgröen infolge wachsender Teilevielfalt durch kompliziertere Werkstückformen, kürzere Innovationszeiten, eine kürzere Produktlebensdauer und ein schnelleres Reagieren auf Anforderungen des Marktes zwingen zu einer gräeren Flexibilität der eingesetzten Vorrichtungs- und Spanntechnik [11.2], die insbesondere durch automatisierte Funktionsabläufe unter Einsatz von Sensoren zu erreichen ist. Damit wird eine Prozeßüberwachung und Prozeßsteuerung unter Einbeziehung der Werkstückspanntechnik in flexiblen Fertigungseinrichtungen ermöglicht [11.3].
Achim Trummer, Helfried Wiebach

12. Handhaben der Werkstücke und Vorrichtungen

Zusammenfassung
Die notwendige Flexibilität bei der Fertigung von Einzelteilen erfordert ein systemgerechtes Gestalten aller am Prozeß beteiligten Flüsse. Ausgangspunkt dabei ist das Werkstückflußsystem und davon abgeleitet das Vorrichtungsflußsystem. Analoges wäre zum Werkzeugfluß nötig. Diese Flußstrukturen muß man bei der Planung flexibler Fertigungssysteme kennen und analysieren.
Achim Trummer, Helfried Wiebach

13. Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen

Zusammenfassung
Grundsätzlich lassen sich die Herstellungskosten fir eine Spezialvorrichtung aus Konstruktionskosten, Technologiekosten, Kosten für Bau und Funktionsprüfung und den Materialkosten bestimmen (Gleichung 13.1).
Achim Trummer, Helfried Wiebach

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