Weiterentwicklung eines 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums mit neuen Spindelantrieben

Aus HSHL Mechatronik
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Das Fachthema "Weiterentwicklung eines 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums mit neuen Spindelantrieben" ist der Teilbereich eines Projektes im Rahmen der Lehrveranstaltung Produktionstechnik Praktikum. Das Thema wurde von Kathrin Liedmann und Benedikt Schulte bearbeitet. Es handelt sich hierbei um eine Weiterentwicklung der Gruppe aus dem Vorjahr.

Einleitung

Aufgabenstellung

Das Projekt lies sich in folgende Aufgaben unterteilen:
1. Weiterentwicklung der 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums mit neuen Spindelantrieben

Konstruktion der benötigten Teile
Erstellung der benötigten Zeichnungen
Erstellung der Beschaffungsliste

2. Ausstattung der Maschine mit Sicherheitsfunktionen
3. Aufstellen einer Gefährdungsbeurteilung
4. Add-ons

Messuhr
Absaugung
Umrüstung auf 3D-Druck
Einholen eines Angebotes auf Basis des X400 3D-Druckers der Firma German Rep Rap GmbH

Weiterentwicklung der 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums mit neuen Spindelantrieben

Ausstattung der Maschine mit Sicherheitsfunktionen

Der Grundaufbau der CNC-Maschine wies Optimierungspotenzial in Betracht auf die Sicherheitstechnik vor. In Zusammenarbeit mit dem Sicherheitsbeauftragten Herr Dettmann-Müthing erfolgte eine Begehung der Maschine. Herausgearbeitet wurde ein Grundkonzept zur Vermeidung von ausgehenden Gefähren aus dem Betrieb der CNC-Fräse. Der Fokus richtet sich auf folgende Punkte:

  1. Absaugung für umherwirbelde Späne
  2. Einhausung / Abgrenzung gegen Herunterfallen von Teilen
  3. Not-Aus Schalter anbringen
  4. Nockenschalter als Generalschalter
  5. Schaltschrank
  6. Materialeinspannung
  7. Maschinenfüße mit Schwingungsdämpfung


Aufstellen einer Gefährdungsbeurteilung

Eine Gefährdungsbeurteilung betrachtet alle von der Fräsmaschine ausgehenden Gefahren, die bei der Tätigkeit mit der Maschine anfallen können. Um eine sichere Verwendung der Maschine gewährleisten zu können werden im weiteren Schritt Maßnahmen erarbeitet, um diese Gefahren abzustellen. Diese Maßnahmen sind in jedem Falle vor Gebrauch der Fräsmaschine zu kontrollieren und von jedem Benutzer einzuhalten.

Mögliche ausgehende Gefährdung Maßnahmen zur Beseitigung
Verletzungen durch Einziehen der Hände, Ärmel, Haare am Werkzeug oder am offenen Wellenende Schutzhaube, falls vorhanden benutzen. Haarnetz tragen, enganliegende Kleidung benutzen. Keine Handschuhe verwenden
Schnittverletzung bei Säubern der Maschine Absaugung der Späne vorhanden, ggf. Spänehaken und Besen verwenden
Augenverletzung durch wegfliegende Späne Schutzbrille tragen
Fußverletzung durch Herabfallen schwerer Teile Einhausung des Arbeitsbereichs durch Bosch-Profile

Schutzschuhe tragen

Verletzungen durch Kontakt mit elektronischen Bauteilen Unterbringung der elektronischen Komponenten im Schaltschrank

Nockenschalter als Generalschalter

Brandschutz Verwendung nicht-brennbarer Materialien sowie sachgemäßer Isolierung
Gefährung durch unsachgemäßes Einschreiten in den Bearbeitungsprozess 2 Notaus-Schalter an den Stirnseiten
O.g. und ggf. weitere Gefährdungen Unterweisen der Mitarbeiter

Add-ons

Messuhr

Eine Messuhr soll zukünftig der Qualitätssicherung dienen und dient auch bei der Kalibrierung mit einem präzisen Prüfverfahren. Eingespannt in den Werkzeughalter, an welcher der Fräskopf sitzt, lässt sich mit der Messuhr über den Verfahrweg feststellen, wo und an welcher Stelle Unebenheiten auftreten. Um das Lot herzustellen wurde eine Halterung für die Messuhr konstruiert, die diese einspannt und mit den Achsen mitführt.

Absaugung

Für ein sauberes und präzises Arbeiten und nicht zuletzt auch aus sicherheitstechnischen Aspekten wird die CNC-Fräse mit einer Absaugung ausgestattet. Sie dient dazu um umherwirbelnde Späne einzufangen und somit Verunreinigungen am Werkstück und auch mögliche Gefahren auszuschließen. Hierfür wurde ein herkömmlicher Werkstattsauger verwendet. Zur Umsetzung wurde zusätzlich ein verlängernder Staubsaugerschlauch, sowie Adapterstücke und letztlich eine Halterung mit flexibler Ausrichtung des Saugkopfes benötigt. Als Vorteile für eine flexible Halterung sprechen:

  1. Anpassung des Saugwinkels je nach Frästiefe
  2. Anpassung des Saugers je nach Fräskopf
  3. Variable Positionierung bei weiteren Add-ons wie Raspberry Pi Kamera

Durch den Einsatz eines Kugelgelenkes mit Gewindebolzen ließ sich durch eine entsprechende Gewindebohrung im Werkzeughalter die Anbringung realisieren und die Absaugung wird stetig mitgeführt.

Ausblick: Umrüstung auf 3D-Druck

Das 3-Achs-Bearbeitungszentrum wird durch die Umrüstung mit einem 3D-Druckkopf zu einem Multifunktionsgerät. Um dies zu realisieren ist es notwendig, die Funktionsweise eines 3D-Druckers zu analysieren und durch Beschaffung, Montage und Implementierung der erforderlichen Komponenten in die vorhandene Steuerung zu realisieren.

Funktionsweise

Beschaffung

Zusammenfassung