Als erstes bekam ich eine Werkbank zugewiesen, in der sich alles

Als erstes bekam ich eine Werkbank zugewiesen, in der sich alles grundlegende Werkzeug
auffand, das ich während meines Aufenthalts in der Lehrwerkstatt benötigte und für das ich
während dieser Zeit verantwortlich war.
Bevor ich mit dem Werken beginnen konnte, bekam ich eine theoretisch Unterweisung über
die allgemeinen Sicherheitsvorkehrungen im Betrieb. Diese bezogen sich in erster Linie auf
die Kleiderordnung und auf die unterschiedlichen Gefahren im Umgang mit verschiedenen
Maschinen. Besonders ist darauf zu achten, das man eng anliegende Kleidung trägt, das man
die Ärmel immer nach innen umschlägt um ein verharken in sich bewegenden Maschinen zu
vermeiden und dass das tragen von Halsketten, Armbändern und Armbanduhren im Umgang
mit Maschinen zu unterlassen ist.
Meine Hauptaufgabe in den ersten 4 Wochen war das herstellen eines Automatenmodells. Vor
jedem Arbeitschritt bekam ich eine Übung passend zu den zu erreichenden Ergebnissen an
den Bauteilen des Automatenmodells.
Die grundlegenden Kenntnisse über das Sägen, Feilen und Bohren wurden mir anhand einer
Praktischen Übung erklärt:
Übung: Erstellen einer Bohrplatte
Als Ausgangsmaterial bekam ich eine Stahlplatte aus dem Material st37 (Automatenstahl).
Diese hatte eine Länge von ca. 155mm, eine Breite von 80mm und eine Dicke von 15mm. Die
Außenmaße sollten aber 155mm x 80mm x 15mm betragen. Also war meine erste Aufgabe
das Sägen des Werkstücks auf eine Länge von 143mm. Um eine Orientierung beim Sägen zu
haben, riss ich die Länge des Werkstücks mit einem Anschlagwinkel an.
Anreißen mit dem Anschlagwinkel: Man misst die gewünschte Länge mit dem Stahlmaß ab
und markiert sich diese mit der Anreißnadel. Ist dies geschehen, nimmt man den
Anschlagwinkel und legt diesen an den Markierungen an. Nun kann man mit der Anreißnadel
eine gerade Linie auf dem Werkstück anreißen.
Um beim Sägen beim Einsägen in das Werkstück nicht zu verrutschen, fast man das
Werkstück 3mm neben der gewünschten Schnittstelle mit einer Dreiecksfeile an. Diese 3mm
Toleranz sollen sicherstellen, dass man nicht in das eigentliche Werkstück hineinsägt.
Sägen: Das Sägen mit der Stahlbügelsäge erfordert einen festen Stand. Man übt beim Sägen
nur Druck in Richtung weg vom Körper aus. Die Zähne der Säge zeigen weg vom Körper.
Zum Absägen des Werkstücks spannte ich die Stahl platte in einen Schraubstock ein. Um
Verformungen des Werkstücks zu vermeiden wurden zwischen Werkstück und Schraubstock
Aluminiumbacken gespannt.
Nachdem ich das Werkstück auf eine Länge von ca. 143mm gesägt hatte, musste ich die
restlichen 3mm mit Feilen abtragen.
Feilen: Feilen unterscheiden sich in ihrer Oberfläche, welche in Hieben angegeben wird.
Hieb1 ist hier eine Schlichtfeile mit der man langsam Material abträgt und glatte Oberflächen
erzielt und Hieb3 eine Schruppfeile mit der man schneller Material abtragen kann, auf Kosten
der Oberfläche. Außerdem gibt es sie in verschiedenen Formen: Vierkant-, Dreikant-, Flach-,
Rund- und Halbrundfeilen. Zudem gibt es sie in verschiedenen Größen. Beim Feilen wird der
Druck mit beiden Händen in der Vorbewegung ausgeübt. Beim zurückziehen nimmt man den
Druck zurück, damit die Feile die Späne abführen kann. Sollten sich Späne in der Feile
festsetzen, so kann man diese mit einer speziellen Feilenbürsten reinigen. Wichtig ist es, das
Werkstück nach dem Feilen zu entgraten, um das Verletzungsrisiko zu verringern. Hierzu
spannt man das Werkstück hochkant in den Schraubstock ein und feilt im 45° Winkel eine
etwa 0,2 mm breite Fase.
Nun bearbeitete ich die Abgesägten Seiten zuerst mit einer Schruppfeile (Hieb3), bis ich mich
der fertigen Länge von 140mm bis auf wenige zehntel genähert hatte. Um eine glattere
Oberfläche zu erhalten, wechselte ich nun auf eine Schlichtfeile (Hieb 1), mit der ich das
Werkstück in den Winkel und auf die Länge 140mm feilte und anschließend entgratete.
Nun hatte ich die Vorraussetzungen geschaffen, um die Platte winklig in einen Schraubstock
einzuspannen und die Bohrungen auszuführen. Bevor ich mit dem Bohren beginne konnte,
musste ich jedoch erst die Stellen, an denen gebohrt werden sollte, markieren. Dies macht
man mit einem Parallelanreißer.
Anreißen mit dem Parallelanreißer: Man entnimmt der Zeichnung die Abstände der
Bohrmittelpunkte von den Seiten. Nun stellt man den Abstand auf dem Parallelanreißer ein,
indem man seine Spitze um den aus der Zeichnung entnommenen Betrag vom Tisch in die
Höhe fährt. Man stellt das Werkstück senkrecht auf die Seite, von der aus man den Abstand
zum Bohrmittelpunkt gemessen hat. Nun zieht man den Parallelanreißer entlang des
Werkstücks und reist den Abstand vom ersten Rand an. Nun wiederholt man das Verfahren
mit einer Anderen Seite, um einen Schnittpunkt zu erhalten. Um den Schnittpunkt deutlicher
erkennen kann, kann man das Werkstück vorher mit einem Edding oder ähnlichen anmalen.
Von der Farbe hebt sich das angekratzte Material besser ab.
Damit der Bohrer beim eintauchen in das Material nicht verrutscht, muss man die Oberfläche
noch ankörnen.
Ankörnen: Man nimmt einen Körner (Spitze 90°) und setzt diesen, schräg weggerichtet vom
Körper auf den beim Anreißen entstandenen Schnittpunkt. Nun stellt man den Körner
senkrecht auf und hält diesen mit den Fingerspitzen fest. Man nimmt einen Hammer und treibt
so den Körner ein Stück in das Material. Der entstandene Kegel sollte mindestens einen
Durchmesser von der Breite der Querschneide des Bohrers haben mit dem gebohrt werden
soll.
Nun konnte ich mit dem Bohren beginnen.
Bohren: Man unterscheidet zwei Hauptgruppen von Bohrmaschinen: Säulen- und
Ständerbohrmaschinen. An einer Bohrmaschine kann man folgende spanende
Fertigungsverfahren ausführen: Bohren, Flach- und Kegelsenken, Reiben.
Alle Bohrer bestehen im Wesentlichen aus zwei Hauptschneiden, einer Querschneide, zwei
Spanflächen und zwei Freiflächen. Wichtig ist hier das richtige einstellen der Drehzahl der
Spindel und der Vorschub.
Ich arbeitete mit einer Säulenbohrmaschine. Auf dem Bohrtisch kann man den Schraubstock
festschrauben um ihn vor verreißen während dem Bohren zu sichern. Bevor man ihn jedoch
festschraubt, spannt man das Werkstück ein. Um gute Vorraussetzungen zum Bohren zu
haben kann man unter das Werkstück Parallelunterlagen legen, damit man beim Durchbruch
durch das Werkstück nicht in den Schraubstock oder Bohrtisch bohrt. Außerdem gibt es
Unterlagen mit bestimmten Winkeln, um nicht rechtwinklige Werkstücke besser einspannen
zu können. Ist das Werkstück fest eingespannt, startet man die Bohrmaschine. Man fährt nun
den Bohrer leicht in die Körnung. Der Schraubstock darf hier noch nicht fest mit dem
Bohrtisch verbunden sein, weil der Bohrer sich jetzt selber zentriert. Hat sich das Werkstück
mittig unter den Bohrer gezogen, stellt man die Bohrmaschine ab, fährt den Bohrer mit
leichtem Druck in die Körnung um das Werkstück gegen Verrutschen zu sichern und zieht die
Schrauben an, mit denen der Schraubstock auf dem Bohrtisch befestigt ist. Jetzt kann man die
Kühlschmierflüssigkeit anstellen und auf die Körnung ausrichten. Man startet die Spindel und
dringt mit dem Bohrer gleichmäßig in das Material ein. Wenn sich längere Späne bilden,
muss man den Bohrer kurz aus dem Bohrloch herausfahren, damit der Span gebrochen wird
und Kühlschmierflüssigkeit in das Bohrloch nach fließen kann. Wenn man merkt, dass man
durch das Werkstück durchstößt, nimmt man den Vorschub zurück. Mit dem Handentgrater
und einem 45° Kegelsenker entfernt man nun die scharfen Kanten. Der nächste Schritt war
das Flach- und Kegelsenken. Hierzu spannt man eine Zentrierspitze in das Bohrfutter und
fährt diese bis zum Anschlag in die Bohrung, in die gesenkt werden soll. Jetzt zieht man die
Schrauben am Schraubstock fest um zu gewährleisten, das sich die Bohrung exakt mitten
unter dem Bohrfutter befindet. Nun entfernt man die Zentrierspitze und spannt den 45°
Kegelsenker oder je nach dem den Flachsenker ein. Um nicht zu tief in das Material
einzudringen, kann man sich an einer an der Säulenbohrmaschine angebrachten Skala
orientieren. Man kann hier auch, wenn man mit dem Werkzeug auf der Oberfläche des
Werkstücks ist, mit einer Stellschraube eine Tiefe fixieren, über die man nicht hinausbohren
kann. Beim Senken arbeitet man mit geringer Drehzahl und geringem Vorschub. Wichtig ist
auf Grund der hohen Reibungskräfte das Kühlschmiermittel. Die Flachsenkungen muss man
anschließend noch mit dem Handentgrater entgraten. Die Bohrungen die anschließen gerieben
werden sollen, müssen 0,2 mm kleiner im Durchmesser sein als das geriebene Loch. Beim
Reiben Zentriert man wie beim Senken das Werkstück mit der Zentrierspitze unter dem
Bohrfutter. Das Reiben erfordert einen sehr geringen Vorschub und Kühlschmiermittel bei
geringen Umdrehungen, um eine hohe Oberflächengüte zu erzielen. Nun hatte ich alle
Tätigkeiten an der Bohrmaschine abgeschlossen und konnte mit dem schneiden der Gewinde
beginnen.
Innengewindeschneiden per Hand: Der Durchmesser eines Gewindes wird mit einer Zahl
und dem Großbuchstaben M in der Zeichnung angegeben. Um ein Gewinde zu schneiden,
muss man zuerst ein Loch mit einem bestimmten Durchmesser entsprechen dem zu
schneidenden Gewinde bohren. Den Durchmesser für die Bohrung entnimmt man dem
Tabellenbuch. Soll das Gewinde nicht durch das Werkstück durchgehen, so kann man mit der
Formel XXXXX die nötige Tiefe der Bohrung errechnen. Es gibt drei unterschiedliche
Gewindebohrer für jede Gewindestärke, die man nacheinander einsetzen muss. Die
Reihenfolge erkennt man an Ringen beziehungsweise keinem Ring auf den Gewindebohrern.
Der erste Gewindebohrer ist mit einem Ring markiert, der zweite mit zwei und der dritte mit
drei oder keinem Ring. Vom ersten bis zum dritten Gewindebohrer nimmt die tiefe des
geschnittenen Gewindes zu. Wichtig ist, dass man die Bohrung mit einer 45° Kegelsenkung
versieht, die mindestens so breit ist wie der Umfang des dritten Gewindebohrers. Sind diese
Vorraussetzungen geschaffen, nimmt man den mit einem Ring markierten Gewindebohrer
und spannt diesen in ein Windeisen. Man tropft ein wenig Schneidöl in die Bohrung und auf
den Gewindebohrer. Schneidöl ist sehr dünnflüssig und eignet sich so sehr gut zum
Gewindeschneiden. Man muss darauf achten, das man den Gewindebohrer rechtwinklig auf
das Werkstück aufsetzt. Nun fängt man an, das Windeisen mit leichtem Druck im
Uhrzeigersinn zu drehen. Alle drei Wiederholungen dreht man das Windeisen um eine halbe
Umdrehung zurück, um die Späne zu brechen und so ein Festsetzen des Gewindebohrers zu
vermeiden. Diesen Vorgang führt man genauso mit den weiteren zwei Gewindebohrern aus.
Nachdem ich alle diese Schritte an meiner Bohrplatte ausgeführt hatte, sägte ich die
Bohrplatte noch an den in der Zeichnung vorhandenen Schnittbildern auf, um einen besseren
Eindruck von der erzielten Ergebnissen zu bekommen.
Nun hatte ich alle Grundlagen geschaffen, um mit dem Bau einer Vorrichtung zu beginnen.
Ein grossteil der Bauteile dieser Vorrichtung mussten gefräst werden. Als erstes bekam ich
hierzu eine theoretische Einweisung in die verschiedenen Möglichkeiten der
Werkstückbearbeitung mit unterschiedlichen Werkzeugen.
Fräsen: Das Fräsen ist ein trennendes spanendes Fertigungsverfahren und unterteilt sich
wegen der unterschiedlichen Bearbeitungsflächen in sechs unterschiedliche Fräsverfahren:
Planfräsen, Rundfräsen, Profilfräsen, Schraubfräsen, Formfräsen und Wälzfräsen. Anhand der
Lage der Bearbeitungsstelle unterscheidet man noch zwischen Außen- und Innenfräsen. Die
Spanabnahme erfolgt beim Fräsen allgemein immer durch eine Kreisförmige
Schnittbewegung des Fräsers. Der Vorschub beim Fräsen erfolg in drei Achsen: längs entlang
der X-Achse, quer in der Y-Achse und vertikal in der Z-Achse. Die Umdrehungen pro Minute
und den Vorschub entnimmt man dem Tabellenbuch abhängig vom verwendeten Werkzeug
und dem Material des Werkstücks. Die Schnitttiefe entnimmt man auch dem Tabellenbuch
abhängig vom Werkzeug. Hierbei sollte man jedoch darauf achten, ob die Fräsmaschine
genügend Kraft aufbringt, um mit den maximalen Werten zu arbeiten. Je nach der Einstellung
der Drehrichtung der Spindel und des Vorschubs ergeben sich hier zwei Überbegriffe des
Fräsens: Das Gegenlauffräsen und das Gleichlauffräsen. Beim Gleichlauffräsen heben die
Schneiden direkt beim Eindringen den maximalen Spanungsquerschnitt ab. Man kann hier
einen höheren Vorschub erzielen als beim Gegenlauffräsen allerdings kommen hier große
Kräfte auf, denen nicht jede Maschine Stand halten kann. Gegenlauffräsen kann man auf alles
Fräsmaschinen ausgeführt werden, hat aber auch den Nachteil, dass die Freiflächen schneller
verschleißen. Es ist darauf zu achten, das das Werkstück richtig eingespannt ist, da hier die
Gefahr besteht, dass es aus dem Schraubstock gerissen wird.
Nach der Lage des Werkzeugs unterscheidet man weiterhin zwischen Umfangfräsen,
Stirnfräsen und Stirn-Umfangfräsen. Beim Umfangfräsen ist die Achse des Fräsers parallel
zum Werkstück und nur die Schneiden am Umfang des Fräsers greifen in das Material ein.
Beim Stirnfräsen steht die Fräserachse senkrecht zum Werkstück. Nur die Nebenschneiden
greifen in das Material ein. Da man mit dem Fräser immer mittig über das Werkstück fährt,
finden hier Gegenlauf- und Gleichlauffräsen in einem statt. Beim Stirn-Umfangfräsen wird
die erzeugte Oberfläche durch die Haupt- und die Nebenschneiden erzeugt.
Beim Planfräsen unterscheidet man nach der entstandenen Oberfläche Umfangsplanfräsen,
Stirnplanfräsen und Stirnumfangsplanfräsen. Das Prinzip des Umfangsplanfräsens ist dasselbe
wie beim Umfangsfräsen. Durch die Nebenschneiden des Fräsers wird hier eine ebene Fläche
erstellt. Das Prinzip des Stirnplanfräsens ist identisch mit dem des Stirnfräsens. Da Hauptund Nebenschneiden gleichmäßig im Einsatz sind, erhält man durch den ruhigen Lauf des
Fräsers eine gute ebene Oberfläche. Das Stirnumfangsplanfräsen ist prinzipiell gleich mit dem
Stirnumfangsfräsen. Hierbei entstehen immer mehrere ebene Oberflächen. Je nach Größe des
Werkstücks sind hier mehrere Arbeitsschritte erforderlich.
Beim Profilfräsen ergibt sich die Form des Werkstücks abhängig von der Form des Fräsers.
Ich arbeitete mit einer Universalfräsmaschine. Im Wesentlichen kann die
Universalfräsmaschine senkrechte und Waagerechte Fräsarbeiten ausführen. Sie besteht aus
fünf Hauptgruppen: Maschinengestell, Konsole, Hauptantrieb, Vorschubeinrichtung und
Vertikalfräskopf.
Das Maschinengestell ist aus Grauguß gefertigt, weil dieses Material schwingungsdämpfend
wirkt. Das Maschinengestell ist das Gerüst, auf das alle anderen Bauteile aufgesetzt werden.
Die Konsole besteht im wesentlichen aus zweit Teilen: dem Winkeltisch und dem
Maschinentisch. Der Winkeltisch ist nur in der Senkrechten verstellbar. Der Maschinentisch
kann nur längs und quer verstellt werden. Auf ihm wird in der Regel ein Schraubstock
befestigt, in dem man die Werkstücke einspannen kann.
Der Hauptantrieb beinhaltet den Elektromotor, das Hauptgetriebe und die
Horizontalfrässpindel.
Die Vorschubeinrichtungen waren bei der Universalfräsmaschine alle manuell zu bedienen. In
der X-Achse konnte ich hier einen in Stufen unterteilten Vorschub einschalten.
Der Vertikalfräskopf wird vom Hauptmotor über das Getriebe über die Horizontalfrässpindel
angetrieben. Zum Fräsen von Schrägen kann man den Vertikalfräskopf mit Hilfe einer Skala
in einen gewünschten Winkel einstellen.
Die von mir verwendeten Werkzeuge waren der Schaftfräser und der wendelgezahnte Fräser.
Die Werkzeuge aus Hochleistungs-Schnellarbeitsstahl (HSS) wählt man abhängig vom zu
bearbeitenden Material. Man unterschiedet hier Fräswerkzeuge des Typs W (weich) für
weiche, zähe oder langspanende Werkstoffe wie Kupfer, Aluminium oder PVC. Sie haben
eine geringere Zahl an Zähnen und große Spanwinkel. Werkzeuge des Typs N (normal)
werden für unvergüteten Stahl und Gusseisen verwendet. Sie haben mehr Zähne als die des
Typs W. Werkzeuge des Typs H (hart) werden für harte, kurzspanende Werkstoffe verwendet.
Sie haben eine sehr hohe Anzahl von Zähnen.
Je nach Anwendung kann man bei jedem Werkzeug noch zwischen Schrupp-,
Schruppschlicht und Schlichtfräsern unterscheiden. Mit einem Schruppfräser kann man
schneller viel Material abtragen, weil sein Schneideprofil rund ist. Man erhält jedoch eine
geringe Oberflächengüte. Ein Schlichtfräser kann verhältnismäßig nur wenig Material
abtragen, erzielt aber eine sehr hohe Oberflächengüte. Sein Schneideprofil ist gerade. Der
Schruppschlichtfräser ist ein Kompromiss aus beidem. Sein Schneideprofil ist rund mit
abgeflachten Seiten. Mit ihm kann man viel Material in kurzer Zeit abtragen und eine
akzeptable Oberfläche erreichen. Bei Walzenstirnfräsern sind die Hauptschneiden immer zum
schlichten. Gekennzeichnet sind alle Walzenstirnfräser in folgender Art: DIN 1880 63 N HSS.
Die DIN-Nummer gibt die Form des Werkzeugs an. Die darauf folgende Zahl gibt die Zahl
der Zähne an (63) und Den Typ des Werkzeugs (N). Die Letzten Buchstaben geben den
Werkstoff des Fräsers an (HSS). Schaftfräser unterscheiden sich in der Art der
Kennzeichnung gegenüber zum Walzenstirnfräser nur in der zweiten Angabe. Sie kann so
aussehen: A25K N. Hier wird die Form (A) angegeben, der Durchmesser (25mm), die
Ausführung (K = kurz) und der Werkzeugwerkstoff (N).
Beim Einspannen der Werkstücke habe ich ausschließlich mit einem Maschinenschraubstock
gearbeitet. In Ihm kann man kleine bis mittlere Werkstücke bei maximalem Vorschub
einspannen.
Drehen: Drehen ist ein spanendes Trennungsverfahren. Drehen lässt sich in 6
unterschiedlichen verfahren unterscheiden: Plandrehen, Runddrehen, Profildrehen,
Schraubendrehen, Formdrehen und Wälzdrehen. An einer Drehmaschine gibt es grundsätzlich
nur drei Bewegungen. Als Vorschub bezeichnet man die Bewegung des Werkzeugs entlang
des Werkstücks. Zustellen nennt man es, wenn man die Schnitttiefe. Die Schnittbewegung ist
die Drehbewegung des Werkstücks. Das Werkzeug wählt man entsprechend der gewünschten
Oberfläche des Werkstücks und dessen Material. Die Schneidstoffe des Werkzeugs werden in
drei Arten unterteilt. Schnellarbeitsstähle, Hartmetalle und Schneidekeramik. Werkzeuge aus
Schnellarbeitsstahl (HS) sind zäh und wenig empfindlich für wechselnde Belastungen. Der
Nachteil ist, das sie nur bis ca. 600° C benutzt werden können und nicht so große Standzeiten
haben, das heißt, dass sie schneller abnutzen. Diesen Verschleiß kann man mit einer
Titannitridbeschichtung verzögern, da diese extrem hart ist. Diese Beschichtung ist zwei bis
vier XXXXXXX dick. Hartmetalle (HM) können bis zu 900° C eingesetzt werden und
werden in sich nochmals für die jeweilige Anwendung unterschieden in: je nach Werkstoff in
P01, P10, P30, P40 (P = langspanende Werkstoffe wie Stahl bis Stahlguß ), M10, M20, M30,
M40 ( M = lang- bis kurzspanende Werkstoffe wie Leichtmetalle bis Stahl ), K01, K10, K20,
K30, K40 ( K = kurzspanende Werkstoffe wie Gusseisen bis Holz). Schneidekeramiken sind
sehr hart und verschleißfest. Man kann mit ihnen bis zu einer Temperatur von 1200° C
arbeiten. Man kann hohe Schnittgeschwindigkeiten erreichen, der Nachteil ist jedoch, dass
Keramik spröde ist und nicht so gut mit wechselnden Belastungen klar kommt.
Wenn man sein Werkzeug entsprechend diesen Vorgaben ausgewählt hat, muss man sich die
Umdrehungsfrequenz der Spindel aus dem Tabellenbuch entnehmen. Diese ist abhängig von
dem Werkstoff des Werkstücks und des Werkzeugs, vom Durchmesser des Drehteils, der
Schnitttiefe und der gewünschten Oberflächengüte. Um eine hohe Oberflächengüte zu
erzielen, schruppt man zuerst das meiste Material bis auf zwei bis drei zehntel des
gewünschten Durchmessers runter, wechselt das Werkzeug und schlichtet die letzten zehntel.
Um die Oberflächengüte weiter zu steigern, benutzt man hierbei noch Kühlschmiermittel.
Dieses spült die losen Späne weg und verhindert so, dass diese die Oberfläche des Werkstücks
beschädigen. Außerdem kühlt es das Werkzeug und Werkstück. Wichtig um eine gute
Oberfläche zu erreichen auch die richtige Wahl von Umdrehungen und Vorschub. Am besten
wählt man einen sehr geringen Vorschub und mittlere Umdrehungen.
CNC: „Drei-Achsen-Bahn-Steuerung“, Jede Achse Messwegesystem und spielfreie
Kugelgewindetriebe