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49

2 Konstruktion einer Stoßvorrichtung

2.1 Aufgabenstellung

Die Fertigung der beiden Passfedernuten in der abgebildeten Kupplungshülse aus E295 nach Bild 2-1 erfolgt auf einer Senkrechtstoßmaschine. In einem Arbeitsgang kann mit der Stoßmaschine immer nur eine Nut gefertigt werden. Daher muss zur Erstellung der zweiten Nut das Werkstück gedreht werden. Die Fertigung soll folgendermaßen ablaufen: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Bild 2-1 Kupplungshülse

Einlegen des Werkstücks in die Vorrichtung von Hand Festklemmen des Werkstücks in einem Maschinenschraubstock Fertigen der 1. Nut Lösen des Werkstücks Drehen des Werkstücks in die 2. Bearbeitungsposition Fertigen der 2. Nut Lösen des Werkstücks Entnehmen des Werkstücks aus der Vorrichtung von Hand

Die Vorrichtung soll aus dem im Bild 2-2 dargestellten Maschinenschraubstock erstellt werden. Hierzu können die Spannbacken verändert oder durch geeignete Teile ersetzt werden. Es können auch Teile hinzugefügt werden.

Die Vorrichtung muss folgende Anforderungen erfüllen: 1. 2. Nachdem die Vorrichtung auf dem Maschinentisch ausgerichtet ist, müssen die Nuten in der vorgeschriebenen Qualität gefertigt werden können. Aus Sicherheitsgründen muss die Klemmkraft so groß sein, dass sich das Werkstück, unabhängig davon ob es aufliegt, unter der senkrechten Bearbeitungskraft Fc = 250 N nicht verschieben kann. Eine ergonomisch sinnvolle Handkraft beträgt FH = 150 N. Die Spannbacken dürfen keine Spannmarken auf dem Werkstück hinterlassen. Die zu fertigende Nut soll auf der Seite der feststehenden Spannbacke liegen. Dabei ist davon auszugehen, dass das Stoßwerkzeug bis zur Mitte des Werkstücks reicht und einen Werkzeugauslauf von 5 mm benötigt. Es ist eine möglichst kostengünstige Lösung anzustreben.

3. 4.

5.

50

2 Konstruktion einer Stoßvorrichtung

Lösungserwartung

· · · Entwicklung von mindestens zwei Lösungsvarianten mit Hilfe des Morphologischen Kastens Auswahl der geeigneten Variante mit Hilfe eines Bewertungsverfahren Änderung des vorliegenden Maschinenschraubstocks (Bild 2-2), entsprechend der gewählten Variante, mit Darstellung der zu fertigenden Teile und mit allen für die Fertigung notwendigen Angaben Durchführung der notwendigen Berechnungen statischer Festigkeitsnachweis für die Gewindespindel

· ·

Einzusetzender Maschinenschraubstock

verschiebbare Spannbacke mit auswechselbarer Auflage

maximale Spannweite

feststehende Spannbacke

Gewindespindel

Bild 2-2 Maschinenschraubstock

2.1 Aufgabenstellung

51

Stückliste zum Maschinenschraubstock

Tabelle 2-1 Stückliste

1 Pos . 2 Menge 3 Einheit 4 Benennung 5 Sachnummer/Norm ­ Kurzbezeichnung 6 Bemerkung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 4 7

Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck Stck

Grundplatte Festbacke Losbacke Druckplatte Mutteraufnahme Gewindemutter Gewindespindel Führungsleiste Passfeder Sterngriff Spannstift Sprengring Sechskantschraube Zylinderstift Zylinderschraube

Fl EN 10058-110x25x300-S355 Fl EN 10058-70x40x80-MgAl18ZnF29 Fl EN 10058-70x30x300-S355 Fl EN 10058-70x15x300-S355 Fl EN 10058-70x40x80-S355 Rd EN 10278-200-50x50-EN-GJL Rd EN 10278-18x250-E295 DIN 6885-B20x10x280-St DIN 6885-B6x6x63-St DIN 6336-C50 ISO 8752-3x20 DIN 7993-B12 ISO 4014-M8x40-8.8 ISO 2338-A-6x80-St ISO 4762-M6x20-8.8

Datum Bearb. Gepr. Norm.

06.07.06

Name Tt / Fl

Blatt 1 von 1

Zust. Änderung Datum Name (Urspr.) Ers.f Ers. d.:

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2 Konstruktion einer Stoßvorrichtung

2.2 Lösungsfindung

Morphologischer Kasten

Bei der Variantenbildung mit Hilfe des Morphologischen Kastens werden nur die Einzelfunktionen berücksichtigt, die bei dem Einsatz des vorgeschriebenen Schraubstocks noch zur Auswahl stehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit werden die Ausprägungen, die einer Variante zugeordnet werden, entsprechend angeordnet:

Tabelle 2-2 Morphologischer Kasten Ausprägung Funktion 01 Positionierung des Werkstücks

Variante A

durch Spannen in eine Dreiecksnut der Festbacke

Variante B

durch Spannen in eine Dreiecksnut der Losbacke durch Spannen in Dreiecksnuten beider Spannbacken Werkstück mit Hilfe eines Zentrierdorns positionieren und dann spannen

02 Falsches Einlegen des Werkstücks verhindern

nur in die größere Bohrungsseite passende Zylinderstifte

nur in die größere Bohrungsseite passendes zylindrisches Aufnahmestück

03 Änderung der Bearbeitungsposition

in die gefertigte Nut einrastende Flachfeder

in die gefertigte Nut einrastende federbewegte Sperrklinke

2.2 Lösungsfindung

53

Bewertung der Varianten

Tabelle 2-3 Nutzwertanalyse Wertskala nach VDI 2225 mit Punktvergabe P von 0 bis 4: 0 = unbefriedigend, 1 = gerade noch tragbar, 2 = ausreichend, 3 = gut, 4 = sehr gut K= Kosten 1-fach / F= Funktion 2-fach / W=K+F=Wertzahl Einzelfunktion 1. Positionierung des Werkstücks

Variante A

durch Spannen in die Festbacke mit Dreiecknut

K

F

W

Variante B

durch Spannen in die Losbacke mit Dreiecksnut

K

F

W

3 + 8 = 11

Vorteile:

bei geringer Durchmessertoleranz genaue Positionierung Genauigkeit der Zentrierung hängt von der Durchmessertoleranz ab Zylinderstifte, die nur in die größere Bohrungsseite passen

4 + 6 = 10 1x4=4 2x3=6

kostengünstig, da auf die Losbacke des Schraubstocks aufschraubbar ungenaue Zentrierung durch Gewindespiel bei nicht geführten Backen zylindrisches Aufnahmestück, das nur in die größere Bohrungsseite passt 2 + 8 = 10 26 2+6=8 1x2=2 2x4=8 2x3=6

Nachteile:

2. Falsches Einlegen des Werkstücks verhindern

Vorteile:

Verwendung von Normteilen Einlegen des Werkstücks ungünstiger in die gefertigte Nut einrastende Feder kostengünstig, wenig störanfällig muss angefertigt werden maximale Punktzahl 33

bei großer Zylinderfase einfaches Einlegen des Werkstücks Teil muss extra angefertigt werden in die gefertigte Nut einrastende federnde Sperrklinke es können modifizierte Normteile eingesetzt werden störanfällig bei Verschmutzung

Nachteile: 3. Änderung der Bearbeitungsposition Vorteile:

4 + 8 = 12

Nachteile: W

1x2=2

1x4=4

2x4=8

4+4=8

1x3=3

2x4=8

1x4=4

2x2=4

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2 Konstruktion einer Stoßvorrichtung

2.3 Konstruktion

Hinweise zur Konstruktion

Die Variante A mit der höchsten Bewertungspunktzahl wird als Lösung umgesetzt. Die Funktion 2 des Morphologischen Kastens: ,,Falsches Einlegen des Werkstücks verhindern" wird durch die Zylinderschraube der Flachfederverschraubung übernommen. Die Festbacke wird ausgetauscht und die aufgeschraubte Druckplatte der Losbacke wird mit einer Hohlkehle versehen, um die zulässige Flächenpressung nicht zu überschreiten.

Konstruktionszeichnung der Lösung

Bild 2-3 Stoßvorrichtung

2.3 Konstruktion

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Einzelteilzeichnung zur Lösung

Festbacke

Werkstoff E295

Werkstückaufnahme

Werkstoff E295

bei Montage gebohrt und verstiftet

Feder

60CrV4

Bild 2-4 Einzelteile zur Vorrichtung

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2 Konstruktion einer Stoßvorrichtung

2.4 Berechnungen

2.4.1 Ermittlung der Mindest-Spannkraft

Das Werkstück muss auch dann sicher in der Vorrichtung gespannt sein, wenn es mit der Unterseite nicht aufliegt. Eine entsprechende Reaktionskraft der Auflage auf die Zerspankraft Fc bleibt daher unberücksichtigt. Die Summe der Reibkräfte in der Vorrichtung an den Anpressflächen mindestens so groß wie die Zerspankraft sein (vgl. Bild 2-5 oben und Mitte).

Fy = 0 = - Fc + FSp + 2 FN

für ein beliebiges Prisma gilt weiter (vgl. Bild 2-5 unten):

cos = FSp / 2 FN

FN =

FSp / 2 cos

eingesetzt in die erste Bedingung für das Kräftegleichgewicht erfolgt daraus:

0 = - Fc + FSp + Fc = FSp + Fc = FSp ( + FSp = Fc ( + cos 2 FSp / 2 cos

FSp

cos

)

cos

)

Bild 2-5 Auf das Werkstück wirkende Kräfte

=

250 N = 1, 036 kN 0,1 (0,1 + ) cos 45°

Fc = 250 N

lt. Aufgabenstellung Gleitreibungszahl Stahl/Stahl geschmiert nach TB 1-14b) Winkel bei gewähltem Prismenwinkel von 90°

= 0,1

= 45°

Hinweis: Im Vorrichtungsbau wird wegen der schwierig kontrollierbaren Rahmenbedingungen vorzugsweise vom ungünstigen geschmierten Zustand ausgegangen.

2.4 Berechnungen

57

2.4.2 Bestimmung der maximalen Spannkraft der Gewindespindel (Pos. 7)

Wenn am Umfang des Sterngriffs DIN 6336-C50 eine maximale Handkraft mit FH = 100 N (vgl. Aufgabenstellung) angenommen wird, dann beträgt das maximale Gewindespindeldrehmoment:

Tmax = FH d 2 50 mm = 2500 Nmm 2

= 100 N

d = 50 mm

Umfangsdurchmesser am Sterngriff, allg. Tabellenbuch erforderliches Spindeldrehmoment nach Gl. (8.55)

d T = F 2 tan( ± ') 2

(+ beim Anziehen; ­ beim Lösen) umgestellt auf die Spindelkraft FSp und mit T = Tmax:

FSp = F = = 2 Tmax d 2 tan ( + ') 2 2500 Nmm 14 mm tan (5, 2 + 6 ) 1800 N

d 2 = 14 mm

Flankendurchmesser für Tr16x4 nach TB 8-3 Steigungswinkel nach Gl. (8.1)

tan = =

Ph d2 4 mm 5, 2° 14 mm

Ph = n P = 1 4 mm = 4 mm

P = 4 mm

Gewindesteigung für eingängige Gewindespindel, (n = 1); vgl. TB 8-3 und Text zu Gl. (8.1) Steigung nach TB 8-3 Gewinde-Gleitreibungswinkel Stahl auf Gusseisen, geschmiert, nach Legende zu Gl. (8.55)

'6

58

2 Konstruktion einer Stoßvorrichtung

2.4.3 Bestimmung der maximalen Flächenpressung an der Festbacke (Pos. 2)

p = 0, 418 F E pzul r l

allgemeine Formel der Hertz'schen Pressung für Zylinder-Ebene

= 0, 418

1,8 kN210 kNmm-2 35 mm55 mm

= 185, 2 Nmm-2 > pzul (= 122,5 Nmm-2 )

Bild 2-6 Pressung zwischen Zylinder und ebener Fläche

F = FSp =1,8kN

Spannkraft, vgl. Kap. 2.4.2 Elastizitätsmodul des Werkstücks aus E295 Radius des Werkstücks (vgl. Bild 2-4)

E = 210 kNmm-2 r =d /2

= 70 mm / 2 = 35mm

l = 55mm

Anpresslänge des Werkstücks (vgl. Bild 2-3)

pzul = 0, 25 Rm = 0, 25490 Nmm-2 =122,5 Nmm-2

Rm = K t Rm N

zul. Flächenpressung bei schwellender Beanspruchung (Lösen-Fixieren) nicht gleitender Flächen nach Legende zu Gl. (9.4) Bruchfestigkeit nach Gl. (3.7)

= 1,0490 Nmm-2 = 490 Nmm-2

K t =1,0

techn. Größeneinflussfaktor für Baustähle nach TB 3-11a), Linie 1 Zugfestigkeit für Normalstäbe aus E295 nach TB 1-1

Rm N = 490 Nmm-2

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