1 WZM-S10-Klausur-FH - Vorlesungsnotizen 2 PDF

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Werkzeugmaschinen...

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Fachbereich Maschinenbau, Mikrotechnik, Energie und Wärmetechnik. Prof. Dr.-Ing. T. Beck

Klausur Werkzeugmaschinen - Sommersemester 2010 Datum:

12.07.2010

Name:

______________________________________

Matrikelnummer:

______________________________________

Voraussetzung für die Teilnahme an der Klausur ist die Teilnahme am Labor im Fach Werkzeugmaschinen sowie die Abgabe von mindestens drei Laborprotokollen. Klausuren von Studierenden, die diese Voraussetzungen nicht erfüllen, werden nicht korrigiert. Der Versuch wird nicht bewertet.

Ich habe am Labor teilgenommen  dieses Semester  im Wintersemester 2009/2010  im Sommersemester 2009. Ältere Laborteilnahmen werden nicht mehr anerkannt. Eine Klausurteilnahme ist nicht zulässig!

Allgemeine „Spielregeln“: 1. Zugelassene Hilfsmittel: a. Schreibgerät (Bleistift darf verwendet werden!) Bitte keinen Rotstift verwenden! b. Taschenrechner (ohne Textspeicher) c. Individuelle Formelsammlung (eine DIN A4-Seite, beidseitig beschrieben) 2. Bearbeitungszeit: 90 Minuten 3. Die Maximalpunktzahl der Klausur ist größer als 100 Punkte (154 Punkte). Die Punktzahl zum Bestehen der Klausur wird nach der Korrektur festgelegt. (Auswahlklausur!) Mit 50 % der Maximalpunktzahl (77 Punkte) haben Sie auf jeden Fall bestanden. 4. Die Bekanntgabe der Klausurergebnisse erfolgt durch Aushang sowie im Internet. Der Termin für die Klausureinsicht wird durch Aushang bekannt gegeben! 5. Bitte verwenden Sie eigenes Papier. Wo sinnvoll können Sie Aufgaben auf dem Aufgabenblatt beantworten. Bitte auf allen Blättern deutlich leserlich Name und Matrikelnummer eintragen. Möglichst Seiten nur einseitig beschreiben und am Klausurende zusammenheften! 6. Bitte Studentenausweis für (stichprobenhafte) Ausweiskontrolle bereitlegen! 7. Bitte kontrollieren Sie vor Beginn der Bearbeitung die Vollständigkeit der Aufgabenblätter! 8. Jeder Täuschungsversuch führt automatisch zur Bewertung der Klausur mit der Note 5,0! Viel Erfolg!

1. Aufgabe (8 Punkte) Benennen Sie die Hauptbaugruppen für die dargestellte Portalfräsmaschine! Tragen Sie dazu die Nummern der Baugruppen in die zugehörigen Kreise ein!

6

8

2

4

7

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Aufspanntisch Querbalken Werkzeug bzw. Fräskopf Schutztüre Steuerung Vertikalachse Seitenwand Führungsbahnabdeckung

5 3

1

2. Aufgabe (6 Punkte) a)

Nennen Sie drei verschiedene Spannvorrichtungen:

Zwingen 1. __________________________________ 2. __________________________________ Schraubstock

Magnetspannplatte 3. __________________________________ b)

Nennen Sie drei Anforderungen an Spannvorrichtungen:

hohe Spannkraft 1. __________________________________ Genauigkeit 2. __________________________________ 3. __________________________________ hohe Wiederholgenauigkeit

3. Aufgabe (10 Punkte) Ergänzen Sie die folgenden Sätze bzw. Aussagen über Messsysteme:

Pneumatische a) ________________________ Messtaster arbeiten mit Druckluft. Bei Änderung des Luftdruck Abstandes von Düse zu Prüfling ändert sich der ________________________. b) Taktile Messtaster können in Werkzeugmaschinen zur Vermessung von

Formen ________________________ und ________________________ eingesetzt werden. Oberflächen c) Bei einer in-prozess Messung in Außenrundschleifmaschinen wird beispielsweise der

Soll Durchmessers ___________________________ beim Erreichen des ________________________ Werkstückschlitten abgeschaltet.

elektrisches d) Der Hell-Dunkel Vergleich beim Glasmaßstab liefert ein _____________________ Signal. Bei magnetischen Messsystemen liefert der Übergang vom Nord- zum Südpol ein

magnetisches ______________________ Signal. Drehzahl e) Mit einem Drehgeber können sowohl die ________________________ als auch die Winkellage ________________________ von Motorspindeln gemessen werden.

4. Aufgabe (8 Punkte) Nennen Sie vier verschiedene Bauformen von Drehmaschinen, klassifiziert nach der Bauweise des Maschinenbettes! 1

Schrägbettbauweise

2

Konsolenbauweise

3

Vertikalbauweise

4

Horizontalbauweise

5. Aufgabe (9 Punkte) Nennen Sie außer der Drehzahl drei weitere Anforderungen, die an Motore für den Hauptspindelantrieb bzw. für den Vorschubantrieb gestellt werden! Vergleichen Sie die Anforderungen für die Antriebsart! (Siehe Beispiel) Anforderung

Hauptspindel

Vorschubantrieb

Drehzahl

höher

niedriger

6. Aufgabe (6 Punkte) 16 14 Weg [mm]

12 10 8 6 4 2 0

0

1

Zeit 2

3

4

Eine Maschinenachse bekommt nach einer Sekunde den Befehl um 10 mm zu verfahren. Den Verlauf der Soll-Position der Achse zeigt das oben dargestellte Diagramm! a) Ergänzen Sie in dem Diagramm den Ist-Verlauf bei gut (optimal) eingestellter Geschwindigkeitsverstärkung! b) Ergänzen Sie in dem Diagramm den Ist-Verlauf bei zu niedrig eingestellter Geschwindigkeitsverstärkung! c) Ergänzen Sie in dem Diagramm den Ist-Verlauf bei zu hoch eingestellter Geschwindigkeitsverstärkung!

7. Aufgabe (4 Punkte) Nennen Sie die vier Bedingungen, die erfüllt sein müssen, damit es sich bei einer Maschine um eine Werkzeugmaschine handelt! 8. Aufgabe (9 Punkte) Nennen Sie drei Sicherheitseinrichtungen, die an Werkzeugmaschinen vorhanden sein können! Beschreiben Sie kurz deren Aufgabe und Funktionsweise! 9. Aufgabe (8 Punkte) a) Warum werden Werkzeugmaschinen beim Aufbau einer geometrischen Vermessung (geometrischen Abnahme) unterzogen? Nennen Sie mindestens zwei Gründe! b) Nennen Sie zwei Beispiele für Baugruppen, die beim Aufbau vermessen werden! Was wird dabei vermessen? 10. Aufgabe (12 Punkte) a) Nennen Sie vier Vorteile von hydraulischen Antrieben im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Antrieben z.B. über einen Kugelgewindetrieb! b) Skizzieren Sie einen Flügelzellenmotor. Erklären Sie seine Funktionsweise! 11. Aufgabe (12 Punkte) a) Nennen Sie vier Möglichkeiten Werkzeugmaschinen zu klassifizieren! b) Was ist ein Mehrspindeldrehautomat? Beschreiben Sie kurz die Funktionsweise im Vergleich zu einer herkömmlichen Drehmaschine bzw. zu herkömmlichen Drehmaschinen! c) Für welche Art von Bauteilen sind Mehrspindeldrehautomaten geeignet? d) Nennen Sie zwei entscheidende Nachteile von Mehrspindeldrehautomaten? 12. Aufgabe (8 Punkte) Skizzieren Sie eine Anlage zur Abfuhr von Spänen aus Werkzeugmaschinen, z.B. Scharnierband- oder Kratzerförderer! Erklären Sie kurz die Funktionsweise! 13. Aufgabe (10 Punkte) Bei einer Werkzeugmaschine soll der Schlitten der Z-Achse von der Position z = 200 mm an die Position z = 2200 mm verfahren. Die Maximalgeschwindigkeit der Z-Achse beträgt vz,max = 20 m/min. Die maximale Beschleunigung der Z-Achse beträgt a z,max = 10 m/s 2. a) Wie schnell (in Sekunden) kann die Sollposition unter Vernachlässigung der Beschleunigungszeit angefahren werden? Berücksichtigen Sie im Folgenden die Beschleunigung: b) Wird die Maximalgeschwindigkeit erreicht? c) Wann (in Sekunden) wird die Sollposition erreicht?

d) Beantworten Sie die beiden vorangegangenen Fragen für einen Verfahrweg von z = 10 mm.

14. Aufgabe (10 Punkte) von rechts

von links 8 Anzahl [-]

Anzahl [-]

8 6 4 2 0

6 4 2 0

-4

-3 -2 -1 0 Abweichung [µm]

1

0

1 2 3 4 Abweichung [µm]

5

Von einem Kollegen erhalten Sie das oben gezeigte Ergebnis der Messung der Positionierabweichung an einer Werkzeugmaschine. Der Kollege hat dazu die wichtige Position 20 mal von links und 20 mal von rechts angefahren und Ihnen das Ergebnis per Fax zugesendet. Neben der oben angegebenen Verteilung können Sie noch den Mittelwert für das Anfahren von links xml = -1,50, die Standardabweichung für das Anfahren von links sl = 1,19 und die Standardabweichung für das Anfahren von rechts sr = 1,50 lesen. Leider ist der Mittelwert x mr für das Anfahren von rechts auf dem Fax nicht lesbar. a) Bestimmen Sie den Mittelwert xmr für das Anfahren von rechts! b) Wie groß ist die Umkehrspanne U? c) Wie groß ist die Positionsstreubreite PS ? d) Wie groß ist die Positionsabweichung Pa? e) Wie groß ist die Positionierunsicherheit P? 15. Aufgabe (8 Punkte) Skizzieren Sie eine in Werkzeugmaschinen häufig eingesetzte, spielfreie Kupplung, die sowohl lateralen als auch axialen und angularen Versatz ausgleichen kann!

16. Aufgabe (16 Punkte) Kenngrößen des Antriebs: Nennmoment des Motors: Mn = 3,8 Nm

Motor Getriebe KGT Spindel

Glassmassstab

Führungsbahn

Schlittenoberteil

KGT Mutter Schlittenunterteil

Führungswagen

Nenndrehzahl des Motors: n n = 3000 min -1 bewegte Masse: m = 450 kg Gewünschte Verfahrgeschwindigkeit: v soll = 30 m/min Gewünschte Beschleunigung: a = 3 m/s 2 Sicherheitszugabe: 30 %

Eine vertikale Achse soll mit dem oben beschriebenen Motor bewegt werden. Dabei soll die Kraft zum Bewegen des Schlittens 30 % größer sein (Sicherheitszugabe) als eigentlich zur Kompensation der Gewichtskraft und zur Beschleunigung notwendig wären. a) Berechnen Sie die Nennleistung Pn des Motors! b) Für welche Axialkraft Fa,soll (Gewichtskraft plus Beschleunigung plus Sicherheitszugabe) muss der Antrieb ausgelegt werden? Rechnen Sie mit g = 9,81 m/s2! c) Welche Steigung l1 muss der Kugelgewindetrieb haben damit die gewünschte Verfahrgeschwindigkeit bei Nenndrehzahl erreicht wird? d) Welches Antriebsmoment Ma,soll müsste der Motor haben, um am Kugelgewindetrieb mit der Steigung l1 aus Aufgabenpunkt c) die Axialkraft Fa,soll zu erzeugen? e) Um das Moment zu erhöhen könnte ein Getriebe eingesetzt werden. Welche Übersetzung i müsste dieses haben? Welche Verfahrgeschwindigkeit v1,ist hätte dann der Schlitten? f) Alternativ könnte auch ein Kugelgewindetrieb mit angepasster Steigung 2l eingesetzt werden. Berechnen Sie diese Steigung! Welche Verfahrgeschwindigkeit v2,ist hätte dann der Schlitten? 17. Aufgabe (10 Punkte)

Fver

Übertragen auf einen Keil besagt das Hebelgesetz, dass die vertikale Kraft Fver um das Verhältnis aus Keilbreite a und Keilhöhe b größer ist als die horizontale Kraft Fhor (siehe links).

a Fhor b

Fver

Fhor

Leiten Sie hieraus beim Kugelgewindetrieb den Zusammenhang

Fa

b a

2

MA l

zwischen axialer Vorschubkraft Fa, der Spindelsteigung l und dem Antriebsmoment Ma an der Spindel her....