Weiterentwicklung eines 3-Achs-CNC-Bearbeitungszentrums mit neuen Spindelantrieben
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
- Konstruktion der benötigten Teile
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
- Messuhr
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:
- Absaugung für umherwirbelde Späne
- Einhausung / Abgrenzung gegen Herunterfallen von Teilen
- Not-Aus Schalter anbringen
- Nockenschalter als Generalschalter
- Schaltschrank
- Materialeinspannung
- 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:
- Anpassung des Saugwinkels je nach Frästiefe
- Anpassung des Saugers je nach Fräskopf
- 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.