2D-Styroporschneidewerkzeug für 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine

Autor: Kevin Kuhrt

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Abb.1 2D-Styroporschneider in SOLID works

Einleitung

Im Rahmen des Studiengangs Mechatronik an der Hochschule Hamm-Lippstadt wird im 7. Fachsemester das Praktikum Produktionstechnik belegt. Dieses Praktikum ist Teil des gewählten Schwerpunkt Global Production Engineering. Die Praktikumsaufgabe ist Teil des Hauptprojektes „Aufbau einer 3-D-Bearbeitungsmaschine“ Im folgenden Artikel wird das Teilprojekt Schritt für Schritt erläutert, sodass der Leser einen Einblick in das Projekt bekommt und auch selbst unter Anleitung dieses Artikels ein solches Schneidwerkzeug herstellen kann. Des Weiteren soll dieser Artikel als Grundlage für weitere Projekte und Entwicklungen im Bezug auf das Schneiden von Styropor durch das 2D-Styroporschneidwerkzeug dienen. Das Thema wurde im Wintersemester 2019/2020 erstmalig von Kevin Kuhrt bearbeitet.

Aufgabenstellung

Im Rahmen dieses Teilpraktikums war die Aufgabe, ein 2D-Styroporwerkzeug für die 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine zu konstruieren und herzustellen.Hierzu sollte eine austauschbare Aufnahme konzeptioniert werden, sowie eine Möglichkeit zum Schneiden von Styropor entwicket und umgesetzt werden. Das Projekt umfasste sowohl die Konzeptionierung und Konstruktion als auch die Inbetriebnahme und den abschließenden Komponententest und lässt sich in folgende Unterthemen gliedern:

• Konstruktion und Aufbau

• Konstruktion Aufnahme und Halterung Styroporschneider
• Erstellen technischer Zeichnungen für die Fertigung der benötigen Bauteile
• Bearbeitung und Fertigstellung der Bauteile
• Hardwareaufbau des Styroporschneiders

• Funktion und Test

• Konzeptionierung einer Möglichkeit zum Schneiden von Styropor
• Umsetzung und Durchführung der Konzeptionierung
• Herausfinden der richtigen Bearbeitungsparameter
• Funktion- und Komponententest

• Dokumentation

• Dokumentation des Projektfortschritts in SVN nach dem V-Modell (Anforderungsliste, Funktionaler Systementwurf, etc.)
• HSHL-Wiki-Eintrag erstellen

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Projektanforderungen

Zu Beginn des Projektes mussten zunächst erst einmal die Anforderungen an das Projekt unter der Berücksichtigung der Aufgabe "Konzeptionierug und Umsetzung eines 2D-Styroporwerkzeug für die 3D-CNC-Bearbeitungsmaschine definiert werden. Hierzu wurde sich in das Thema eingearbeitet und erste Gedanken zur möglichen Umsetzung gemacht. Nachdem mit Herrn Prof. Dr. Göbel Rücksprache gehalten wurde, stellten sich folgende Projektanforderungen heraus:

• Aufbau / Geometrie

• Symmetrischer Aufbau der Halterung unter Berücksichtigung des maximalen Arbeitsbereiches
• Ein- und ausbaubare Halterung
• Verdrehschutz der Halterung
• einfach und kostengünstig

• Funktion

• Schneidwerkzeug zum gleichmäßigen schneiden von Styropor (2 Achsen)
• Überwachung und Kontrollierung Schneidwerkzeug

• Schnittstellen

• Ansteuerung Schneidwerkzeug durch CNC-Fräse (Kommunikation)
• Spannungsversorgung Schneidwerkzeug

Technischer Systementwurf

Nachdem die Projektanforderungen definiert worden sind, konnte mit dem technischen Systementwurf begonnen werden. Dieser wurde in diesem Projet durch einen morphologischen Kasten umgesetzt und sollte dabei helfen die Lösungsstrategie zu erörtern. In Abbildung XX ist dieser Morphologische Kasten zu sehen. Dort sind auf der linken Seite die unterschiedlichen Merkmale/Kategorien wie z.B. Schneidwerkzeug,Halterung,Besfästigung etc. zusehen. Auf der rechten Seite passend dazu die diversen Lösungsmöglichkeiten. Unter Berücksichtigung und Beachtung der Projektanforderungen wurde dann eine gute, einfache und kostengünstige Lösungsidee ausgewählt (siehe Abb. XX)

Abb.2 Morphologischer Kasten über Lösungsfindung Styroporschneider

Merkmal	Lösung	Erläuterung/ Begründung
Schneidwerkzeug	Heizdraht	Nach Informationsrecherche: einfachste, kostengünstigste Methode Styropor zu schneiden
Halterung	austauschbar	Projektanforderung: Ein- und ausbaubare Halterung
Befestigung	Schrauben	Projektanforderung: Verdrehschutz der Halterung
Ansteuerung	CNC_Fräse	Projektanforderung: Styroporschneider soll durch CNC-Fräse gesartet und gestoppt werden
Material	Aluminium	leicht, kostengünstig, einfache Bearbeitung
Verdrehschutz	zweifach (Führung+Schrauben	Projektanforderung: Verdrehschutz der Halterung (doppelte Sicherheit)
Ausführung	Stangenprofil	einfache Bearbeitung / einfache und schelle Veränderung möglich
Bearbeitungswärme	variabel einstellbar	für unterschiedliche Größen des Bearbeitungsstücks parametriert werden!).
Gesamter Aufbau	einfach / kostengünstig	Projektanforderung: einfach und kostengünstig