Computerunterstützte Fertigung: eine kompakte Einführung
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Berlin [u.a.]
Springer
2011
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INHALT
1 EINLEITUNG ZUR COMPUTERUNTERSTUETZTEN FERTIGUNG 1
1.1 AKTUELLE HERAUSFORDERUNGEN 3
1.2 EINFUEHRUNG IN DIE COMPUTERUNTERSTUETZTE FERTIGUNG 5
1.3 LITERATUR ZU KAPITEL 1 10
2 FERTIGUNGSTECHNIK 11
2.1 AUFGABEN DER FERTIGUNGSTECHNIK 11
2.2 GRUNDBEGRIFFE DER FERTIGUNGSTECHNIK 12
2.3 EINTEILUNG DER FERTIGUNGSVERFAHREN 12
2.4 KURZBESCHREIBUNG DER EINZELNEN FERTIGUNGSVERFAHREN 14 2.4.1 URFORMEN
14
2.4.2 UMFORMEN 15
2.4.3 TRENNEN 17
2.4.4 FUEGEN 18
2.4.5 BESCHICHTEN 19
2.4.6 STOFFEIGENSCHAFT AENDERN 21
2.5 SPANENDE FERTIGUNGSVERFAHREN 21
2.5.1 EINTEILUNG DER SPANENDEN FERTIGUNGSVERFAHREN 22 2.5.2 DREHEN 24
2.5.3 BOHREN, SENKEN, REIBEN 25
2.5.4 FRAESEN 27
2.6 WAHL DES ANZUWENDENDEN FERTIGUNGSVERFAHRENS 29
2.6.1 TECHNOLOGISCHE UND WIRTSCHAFTLICHE ANFORDERUNGEN 29 2.6.2
BESCHREIBUNG DER FERTIGUNGSAUFGABE 32
2.6.3 ANWENDUNGSGERECHTE KONSTRUKTION (DFX) 33
2.7 GRUNDLAGEN DER ZERSPANUNGSTECHNIK 35
2.8 MODELLE FUER FERTIGUNGSPROZESSE 37
2.8.1 ZIELE UND ANFORDERUNGEN AN MODELLE 38
2.8.2 EINTEILUNG VON PROZESSMODELLEN 38
2.8.3 MODELLE ZUR DARSTELLUNG DER ZERSPANUNGSKRAFT 39
2.8.3.1 PROZESSMODELLE FUER DREHEN 40
2.8.3.2 PROZESSMODELLE FUER FRAESEN 41
2.8.4 MODELLE FUER SCHNITT- UND ZERSPANUNGSGROESSEN 43
2.8.4.1 SCHNITTGESCHWINDIGKEIT UND DREHZAHL 43
2.8.4.2 GEOMETRIEVERHAELTNISSE BEIM FRAESEN 43
2.8.4.3 EINGRIFFSVERHAELTNISSE FUER SCHNITTKRAFTBERECHNUNG 43 2.8.4.4
ERMITTLUNG DES SPANUNGSQUERSCHNITTES 44
2.8.4.5 ERMITTLUNG DER SCHNITTKRAFT 45
BIBLIOGRAFISCHE INFORMATIONEN HTTP://D-NB.INFO/1002540208
DIGITALISIERT DURCH
IMAGE 2
INHALT
2.8.4.6 ZEITSPANUNGSVOLUMEN 45
2.8.5 MODELLE ZUR STANDZEITBERECHNUNG UND STANDZEITOPTIMIERUNG 46
2.8.5.1 BEGRIFFSDEFINITION STANDVERMOEGEN, STANDZEIT 46 2.8.5.2
BERECHNUNG DER STANDZEIT 47
2.8.6 MODELLE FUER SCHWINGUNGEN IN WERKZEUGMASCHINEN 48 2.8.7 MODELLE AUS
DER UMFORMTECHNIK 48
2.8.7.1 MODELL FUER DAS WALZEN 49
2.8.7.2 MODELLANWENDUNG: AUTOMATISIERUNG IN WALZWERKEN 52 2.8.7.3 MODELL
FUER DAS BIEGEN 53
2.9 LITERATUR ZU KAPITEL 2 54
3 WERKZEUGMASCHINEN 56
3.1 ALLGEMEINES ZU WERKZEUGMASCHINEN 56
3.1.1 BEGRIFFSDEFINITION 56
3.1.2 EINTEILUNG DER WERKZEUGMASCHINEN 57
3.1.3 AUTOMATISIERUNG 57
3.2 KONSTRUKTIVE ANFORDERUNGEN AN WERKZEUGMASCHINEN 59 3.2.1 ERMITTLUNG
DER ANFORDERUNGEN 59
3.2.2 SICHERHEITSTECHNISCHE MASSNAHMEN 59
3.3 STRUKTUR VON WERKZEUGMASCHINEN 60
3.4 KOMPONENTEN UND DEREN REALISIERUNG 62
3.4.1 GESTELL 62
3.4.2 FUEHRUNGEN 63
3.4.3 ANTRIEBE 65
3.4.4 GETRIEBE 66
3.4.5 WEGMESSSYSTEME 66
3.4.6 HALTER- UND SPANNEINRICHTUNGEN 69
3.5 WERKZEUGMASCHINEN ZUM UMFORMEN 70
3.6 DREHMASCHINEN 71
3.7 BOHRMASCHINEN 74
3.8 FRAESMASCHINEN 75
3.9 LITERATUR ZU KAPITEL 3 77
4 NC- UND CNC-TECHNIK UND PROGRAMMIERUNG 79
4.1 ALLGEMEINES ZUR ENTWICKLUNG VON NC- UND CNC-TECHNIKEN 79 4.2
STEUERUNG UND REGELUNG IM FERTIGUNGSPROZESS 81
4.2.1 GLIEDERUNG DER STEUERUNGSARTEN 82
4.2.2 SPEICHERPROGRAMMIERBARE STEUERUNG (SPS) 83
4.3 NC-CNC-TECHNIK 83
4.3.1 NC-PROGRAMM 84
4.3.2 NC-STEUERUNGEN 85
4.3.2.1 ANFORDERUNG AN EINE NC-STEUERUNG 86
4.3.2.2 NC-ACHSEN 88
4.3.2.3 ABARBEITUNG DES NC-PROGRAMMS 89
IMAGE 3
INHALT
4.3.3 VERFAHRWEG-STEUERUNGSARTEN 90
4.3.3.1 PUNKTSTEUERUNG 90
4.3.3.2 STRECKENSTEUERUNG 91
4.3.3.3 BAHNSTEUERUNG 92
4.3.4 NC-MASCHINEN 93
4.3.5 NC-ERWEITERUNGSFUNKTIONEN 94
4.4 DIE PROGRAMMIERUNG 95
4.4.1 GLIEDERUNG UND BEGRIFFSBESTIMMUNG DERNC-PROGRAMMIERTECHNIK.95
4.4.2 EINTEILUNG DER PROGRAMMIERVERFAHREN 97
4.5 ABLAUF BEI DER ERSTELLUNG VON NC-PROGRAMMEN 98
4.5.1 AUFBAU VON NC-PROGRAMMEN 100
4.5.2 FESTLEGUNG VON BEZUGSELEMENTEN 105
4.5.2.1 KOORDINATENSYSTEME 105
4.5.2.2 NULL- UND BEZUGSPUNKTE 106
4.6 BEISPIELE FUER NC-PROGRAMME 107
4.6.1 BEISPIELPROGRAMM FRAESEN 107
4.6.2 KREISINTERPOLATION 108
4.6.3 BEISPIELPROGRAMM DREHEN 109
4.6.4 WERKZEUGKORREKTUR 110
4.7 AKTUELLE TRENDS BEI NC-CNC-STEUERUNGEN 112
4.7.1 SOFT-CNC 112
4.7.1.1 VORTEILE DER SOFT-CNC 113
4.7.1.2 TYPISCHE STRUKTUR VON SOFT-CNC-STEUERUNGEN 113 4.7.1.3 MOEGLICHE
EINSATZGEBIETE 115
4.7.2 OPEN SOURCE LOESUNGEN FUER CNC 115
4.8 LITERATUR ZU KAPITEL 4 116
5 CAD/CAM-PROZESSKETTE 118
5.1 UEBERBLICK ZUM COMPUTERUNTERSTUETZTEN KONSTRUIEREN UND FERTIGEN 118 .1
CAX-SYSTEME 118
.2 COMPUTER AIDED DESIGN (CAD) 120
.3 COMPUTER AIDED ENGINEERING (CAE) 120
.4 COMPUTER AIDED PLANNING (CAP) 120
.5 COMPUTER AIDED MANUFACTURING (CAM) 121
.6 ABLAUF ZUR COMPUTERUNTERSTUETZTEN PRODUKTENTWICKLUNG UND FERTIGUNG 122
5.2 3D-CAD-MODELL 123
5.2.1 3D-MODELLIERUNG 123
5.2. 5.2. 5.2. 5.2. 5.2. 5.2.
.1 ALLGEMEINES ZUR 3D-MODELLIERUNG 123
.2 3D-MODELLIERUNGSSTRATEGIEN 124
.3 QUERSCHNITTSFLAECHENORIENTIERTER MODELLAUFBAU 125 .4 BEISPIEL FUER
EINEN PROFILBASIERTEN MODELLAUFBAU 127 .5 OBERFLAECHENBASIERTER
MODELLAUFBAU 127
.6 ZEICHNUNGSERSTELLUNG 128
5.2.2 GEOMETRIEREPRAESENTATIONSSCHEMA 130
IMAGE 4
INHALT
5.2.3 KANTENMODELL (DRAHTMODELL) 130
5.2.4 FLAECHENMODELL 131
5.2.5 VOLUMENMODELL (KOERPERMODELL) 132
5.2.5.1 GLIEDERUNG DER VOLUMENMODELLE 132
5.2.5.2 CONSTRUCTIVE SOLID GEOMETRY (CSG) 133
5.2.5.3 PRODUKTIONSMODELLE 135
5.2.5.4 ELEMENTEFAMILIENMODELLE 136
5.2.5.5 RANDREPRAESENTATIONEN (BOUNDARY REPRESENTATION, BREP) 136 5.2.5.6
FINITE-ELEMENTE-MODELLE (FEM) 137
5.2.5.7 ZELLMODELLE 137
5.2.5.8 HYBRIDMODELLE (KOMBINATION BREP UND CSG) 139 5.3
GEOMETRIESCHNITTSTELLEN 139
5.3.1 ARTEN DES GEOMETRIEDATENAUSTAUSCHES 140
5.3.2 INITIAL GRAPHICS EXCHANGE SPECIFICATION (IGES) 141 5.3.3 VERBAND
DER DEUTSCHEN AUTOMOBILINDUSTRIE-FLAECHENSCHNITTSTELLE (VDAFS) 141
5.3.4 STANDARD D'ECHANGE ET DE TRANSFERT (SET) 142
5.3.5 STANDARD FOR THE EXCHANGE OF PRODUCT MODEL DATA (STEP) 142 5.3.6
STANDARD TRIANGULATION LANGUAGE (STL) 145
5.3.7 ANDERE SCHNITTSTELLEN 145
5.4 CAD/CAM-KOPPLUNG 146
5.5 CAD/CAM-PROGRAMMIERUNG 147
5.5.1 ARBEITSABLAUF BEI DER NUTZUNG VON CAD/CAM 148
5.5.2 WERKZEUGMASCHINEN-EINSTELLUNG 150
5.5.3 WERKZEUG-EINSTELLUNG 150
5.5.4 NC-FOLGEN-EINSTELLUNG 150
5.6 OBJEKTORIENTIERTES NC-PROGRAMM (STEP-NC) 152
5.7 AUTOMATISIERUNGSTENDENZEN IN DER NC-PROGRAMMIERUNG 154 5.7.1
FEATURE-TECHNOLOGIE 155
5.7.2 AUFBAU EINES FEATURES 156
5.7.3 FEATUREERKENNUNG 157
5.7.4 ARTEN DER FEATUREERKENNUNG (FEATURE RECOGNITION) 157 5.8 LITERATUR
ZU KAPITEL 5 158
6 CAD/CAM-SYSTEME UND SIMULATIONSTECHNIK 159
6.1 CAD/CAM-SYSTEME 159
6.1.1 FUNKTIONALITAETEN VON CAD/CAM-SYSTEMEN 159
6.1.1.1 5-ACHS-SIMULTANFRAESEN 160
6.1.1.2 KOLLISIONSPRUEFUNG 160
6.1.1.3 MASCHINENSIMULATION 161
6.1.1.4 VISUALISIERUNG UND BEARBEITUNG VON RESTMATERIAL 161 6.1.1.5
AUTOMATISCHE BOHRUNGSERKENNUNG UND MASCHINENPROZESSE. 161 6.1.2
AUFLISTUNG EINIGER CAD/CAM-SYSTEME 161
6.1.3 EINFUEHRUNG VON CAD/CAM-SYSTEMEN 162
IMAGE 5
INHALT
6.1.3.1 STUFEN BEI DER EINFUEHRUNG VON CAD/CAM-SYSTEMEN 162 6.1.3.2
ANFORDERUNGEN AN EIN CAD/CAM-SYSTEM 165 6.1.3.3 IMPLEMENTIERUNG 166
6.2 SIMULATIONSTECHNIK BEI RECHNERGESTUETZTER FERTIGUNG 166 6.2.1
ALLGEMEINES ZUR NC-SIMULATION 166
6.2.1.1 VORTEILE DURCH DEN EINSATZ VON SIMULATIONSTECHNIK 167 6.2.1.2
FUNKTIONALITAETEN VON NC-SIMULATIONSPROGRAMMEN 168 6.2.1.3 EINSATZGEBIETE
VON NC-SIMULATIONSPROGRAMMEN 168 6.2.1.4 SOFTWAREUEBERBLICK 169
6.2.2 NC-PROGRAMMPRUEFUNG 169
6.2.3 ABLAUF EINER MASCHINENSIMULATION 170
6.2.3.1 AUFBAU DES MASCHINENMODELLS 172
6.2.3.2 AUFBAU DES STEUERUNGSMODELLS 173
6.2.3.3 MASCHINENSIMULATION MIT MATERIALENTFERNUNG 174 6.2.4
NC-CODEOPTIMIERUNG 174
6.2.4.1 SCHRUPPBEARBEITUNG 175
6.2.4.2 SCHLICHTBEARBEITUNG 175
6.2.4.3 HSC-BEARBEITUNG 175
6.3 LITERATUR ZU KAPITEL 6 177
7 GESTALTUNG UND MANAGEMENT VON PRODUKTIONSPROZESSEN 178 7.1 ALLGEMEINES
UND MOTIVATION 178
7.2 RECHNERUNTERSTUETZTE PLANUNG UND FERTIGUNG 180
7.2.1 PROZESSGESTALTUNG 180
7.2.2 Y-CIM-MODELL NACH SCHEER 181
7.2.3 KOMPONENTEN DES Y-MODELLS 183
7.2.4 ENGINEERING DATA MANAGEMENT SYSTEME UND PRODUCT DATA MANAGEMENT
SYSTEME (EDM/PDM-SYSTEME) 184
7.3 FLEXIBLE FERTIGUNGSSYSTEME 184
7.4 FERTIGUNGSLEITSYSTEME 187
7.4.1 ANFORDERUNGEN AN FERTIGUNGSLEITSYSTEME 187
7.4.2 DIRECT NUMERICAL CONTROL (DNC) 187
7.5 AKTUELLE THEMEN, TRENDS 188
7.5.1 DIGITALE FABRIK 188
7.5.1.1 ZIELE UND NUTZEN EINER DIGITALEN FABRIK 189
7.5.1.2 AUFGABEN UND ANSATZPUNKTE EINER DIGITALEN FABRIK 190 7.5.1.3
ANWENDUNGSGEBIETE UND SOFTWAREWERKZEUGE 191 7.5.2 LEAN PRODUCTION 192
7.5.3 DIGITAL MOCK UP (DMU) 193
7.6 LITERATUR ZU KAPITEL 7 193
8 QUALITAETSMANAGEMENT IN DER FERTIGUNG 195
8.1 BEGRIFFSERLAEUTERUNGEN 195
8.1.1 QUALITAET 196
IMAGE 6
INHALT
8.1.2 QUALITAETSMANAGEMENT 196
8.1.3 AUFGABEN DER QUALITAETSSICHERUNG 197
8.1.4 BEDEUTUNG DER QUALITAETSSICHERUNG WAEHREND DER PRODUKTENTSTEHUNG 198
8.1.5 DEMINGKREIS 199
8.1.6 TOTAL QUALITY MANAGEMENT (TQM) 201
8.2 QUALITAETSMANAGEMENTMETHODEN 202
8.2.1 EINSATZ VON QUALITAETSMANAGEMENTMETHODEN 202
8.2.2 FEHLERBAUMANALYSE (FTA) 203
8.2.3 FEHLHANDLUNGSVERMEIDUNG (POKA-YOKE) 204
8.3 QUALITAETSSICHERNDE MASSNAHMEN IN DER FERTIGUNG 204
8.3.1 QUALITAETSPRUEFUNG 205
8.3.2 STATISTISCHE PROZESSREGELUNG 206
8.3.3 FAEHIGKEITSUNTERSUCHUNGEN 206
8.3.4 ANLAGENBETREUUNG, INSTANDHALTUNG 209
8.4 Q7-WERKZEUGE 210
8.4.1 FEHLERSAMMELLISTE 211
8.4.2 HISTOGRAMM 211
8.4.3 QUALITAETSREGELKARTE 212
8.4.4 PARETODIAGRAMM 213
8.4.5 KORRELATIONSDIAGRAMM 214
8.4.6 BRAINSTORMING 215
8.4.7 URSACHE-WIRKUNGSDIAGRAMM (ISHIKAWA- DIAGRAMM) 215 8.5
FEHLERMOEGLICHKEITS- UND EINFLUSSANALYSE (FMEA) 217 8.5.1 ARTEN DER FMEA
217
8.5.2 DURCHFUEHRUNG DER FMEA 218
8.6 QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT (QFD) 220
8.6.1 BEGRIFFSERLAEUTERUNG QUALITY FUNCTION DEPLOYMENT 220 8.6.2 HOUSE OF
QUALITY (HOQ) 220
8.6.3 VOR-UND NACHTEILE VON QFD 221
8.7SIX-SIGMA 222
8.7.1 ALLGEMEINES 222
8.7.2 STATISTISCHE INTERPRETATION 223
8.7.3 VOR- UND NACHTEILE VON SIX-SIGMA 223
8.7.4 ARTEN DER SIX-SIGMA-METHODE 224
8.7.5 KONZEPTIONELLER RAHMEN FUER DIE DMAIC-METHODE 224 8.8
RECHNERGESTUETZTE QUALITAETSSICHERUNG (CAQ) 225
8.9 LITERATUR ZU KAPITEL 8 227
9 REVERSE ENGINEERING UND RAPID PROTOTYPING 229
9.1 ALLGEMEINES ZU REVERSE ENGINEERING 229
9.1.1 ANWENDUNGEN VON REVERSE ENGINEERING 229
9.1.2 HISTORISCHE ENTWICKLUNG 231
9.2 GRUNDLEGENDE EINTEILUNG DER DIGITALISIERUNGSSYSTEME 231 9.3 TAKTILE
MESSSYSTEME 232
IMAGE 7
INHALT
9.3.1 EIGENSCHAFTEN TAKTILER VERFAHREN 232
9.3.2 SCHALTENDE TASTSYSTEME 233
9.3.3 MESSENDE TASTSYSTEME 234
9.3.4 KOORDINATENMESSGERAET 235
9.4 OPTISCHE MESSSYSTEME 235
9.4.1 PHOTOELEKTRISCHE KANTENANTASTUNG 235
9.4.2 BILDANALYSE 236
9.4.3 LASERTRIANGULATION 236
9.4.4 LICHTSCHNITTVERFAHREN 237
9.4.5 STREIFENPROJEKTION 238
9.4.6 THEODOLITE 239
9.4.7 PHOTOGRAMMETRIE 240
9.5 FLAECHENRUECKFUHRUNG 240
9.5.1 TRIANGULATION DER PUNKTEWOLKE 242
9.5.2 POLYGONISIERUNG 243
9.6 ALLGEMEINES ZU RAPID PROTOYPING 245
9.7 PHYSISCHE MODELLARTEN (PROTOTYPEN) 245
9.8 EINTEILUNG DER GENERATIVEN VERFAHREN 246
9.9 VERFAHRENSKETTE 247
9.10 RAPID PROTOTYPING-VERFAHREN 248
9.10.1 STEREOLITHOGRAPHIE (SL) 248
9.10.2 SELEKTIVES LASER SINTERN (SLS) 249
9.10.3 LAMINATED OBJECT MANUFACTURING (LOM, LLM) 250 9.10.4 FUSED
DEPOSITION MODELLING (FDM) 251
9.10.5 SOLIDIER-VERFAHREN (SOLID GROUND CURING- SGC) 251 9.10.6
3D-DRUCKEN (THREE DIMENSIONAL PRINTING-3DP) 252 9.10.7 VERGLEICH DER
RAPID PROTOTYPING-VERFAHREN 253
9.11 RAPID MANUFACTURING UND TOOLING 253
9.12 LITERATUR KAPITEL 9 254
LITERATUR 255
SACHVERZEICHNIS 260 |
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