Untersuchungen über die technische Ausnutzung von Werkzeugmaschinen und Ermittlung von Werkstückcharakteristiken zur Auslegung und Auswahl von Werkzeugmaschinen

66 Pages·1966·2.305 MB·German

by  Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Herwart Opitz, Priv.-Doz. Dr.-Ing. Jobst Herrmann, Dr.-Ing. Walter Eversheim (auth.)

FORSCHUNGSBERICHTE DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN
Nr.1770
Herausgegeben
im Auftrage des Ministerpräsidenten Dr. Franz Meyers
vom Landesamt für Forschung, Düsseldod:
Prof Dr.-Ing. Dr. h. c. Herwarf GpitZ
Priv.-DoZ. Dr.-Ing.Jobsf Herrmann
Dr.-Ing. Walter Eversheim
Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebslehre
der Rhein.-Westf. Techn. Hochschule Aachen
Untersuchungen über die technische Ausnutzung
von Werkzeugmaschinen und Ermittlung
von Werkstückcharakteristiken zur Auslegung
und Auswahl von Werkzeugmaschinen
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
ISBN 978-3-663-06564-7 ISBN 978-3-663-07477-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-07477-9
Verlags-Nr. 011770
© 1966 by Springer Fachmedien Wiesbaden
Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag, Köln und Opladen 1966.
Inhalt
1. Einleitung und Problemstellung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. Abgrenzung, Art und Umfang der Untersuchungen. . .. . . . . . . . . . . . . .. 10
2.1 Ergebnisse zur technischen Ausnutzung von Drehmaschinen. . . . . .. 12
2.2 Ergebnisse zur technischen Ausnutzung von Rundschleifmaschinen . 25
2.3 Ergebnisse zur technischen Ausnutzung von Verzahnmaschinen . . .. 30
2.4 Zusammenfassung zur Werkstücksystematik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 35
3. Teilefamilienfertigung und Klassifizierungssystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 38
4. Möglichkeiten des Überganges von der Werkstätten-zur Reihenfertigung 52
5. Zusammenfassung............................................... 56
6. Literaturverzeichnis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 57
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1. Einleitung
Die Zuordnung von Werkstück und Werkzeugmaschine bestimmt weitgehend
die Höhe der Fertigungskosten, weil sowohl die erforderliche Bearbeitungszeit als
auch der in der Kalkulation zu berücksichtigende Kostensatz für das Produktions
mittel fast ausschließlich von der Wahl der verwendeten Maschine abhängig sind.
Da die Werkstücke durch das Fertigungsprogramm eines Betriebes festliegen,
kann die Zuordnung im wesentlichen nur durch die Anpassung der Werkzeug
maschinen an die Fertigungsaufgabe erfolgen.
Diese Anpassung wird am weitesten in der Massenfertigung durchgeführt, bei der
nicht nur die Einzelmaschine auf bestimmte Fertigungsaufgaben angepaßt ist,
sondern bei der auch die Aufstellung mehrerer Maschinen gemäß der Kombination
mehrerer Fertigungsaufgaben an einem Werkstück erfolgt. Hierdurch lassen sich
einmal Kosten bei der Einzeloperation einsparen, zum anderen gewinnt man die
Vorteile der Fertigung nach dem Fließprinzip, wie geringere Transportkosten
und bessere Übersicht bei der Fertigungssteuerung. Bisher fand man in den
Betrieben der Einzelfertigung weitgehend Universalmaschinen, von denen erwartet
wird, daß sie möglichst vielseitig einzusetzen sind. Wie weit das Spektrum der
Anforderungen seitens der Werkstücke an den gesamten Maschinenpark sich
ausdehnt, haben die Untersuchungen ergeben, die unter der Bezeichnung Werk
stücksystematik durchgeführt worden sind und die die Werkstücke in der Einzel
und Kleinserienfertigung erfaßten.
Die Werkstücke bzw. die durch die Bearbeitung bestimmte Fertigungsaufgabe
werden durch eine Reihe von Einzelmerkmalen beschrieben. Unter Fertigungs
aufgaben werden die Anforderungen seitens der Werkstücke an die Werkzeug
maschine verstanden. Ein Werkstück, das auf mehreren Maschinen bearbeitet
wird, stellt demnach mehrere Fertigungsaufgaben.
Die Merkmale der Fertigungsaufgaben, die sich aus Daten des Werkstückes, wie
Abmessungen und Werkstoff und der Operation, wie Art, Größe, Lage und
Genauigkeit der Bearbeitungsflächen, zusammensetzen, werden den korrespon
dierenden Nenngrößen der Werkzeugmaschine gegenübergestellt. So wird z. B.
der Durchmesser eines Drehteiles zum zulässigen Drehdurchmesser oder die
Werkstücklänge zur Spitzenweite einer Drehmaschine ins Verhältnis gesetzt.
Der Quotient aus Fertigungsaufgaben und Maschinenmöglichkeiten ergibt die
Ausnutzung der Maschine. Die Ausnutzung ist das Maß der Eignung einer
Maschine für die betrachteten Aufgaben. Bei Werkzeugmaschinen läßt sich die
Ausnutzung nicht durch eine einzige Kennzahl beschreiben. Daher wird zwischen
der zeitlichen und technischen Ausnutzung unterschieden. Die zeitliche Aus
nutzung beschreibt den Anteil der Belegungsstunden an der Bereitschaftszeit
(Abb. 1). Die technische Ausnutzung kennzeichnet den Grad der Nutzung der
7
Die zeitliche AIISlllltZltllg :
-{ Rüstzeiten
J Stückzeiten
Verteilzeiten
Nutzungszeit T \' n-,
Zeitnutzungsgrad 'YjZ = "
Bereitschaftszeit T
-{ = 8766 Std)Jahr
730 Std./Monat
24 Std./Tag
Die technische /lllSlllltZIIllJ!, wird bestimmt durch
1. die zeitliche Auslastung
2. die leistungs mäßige Auslastung
3. die räumliche Auslastung
4. die einrichtungsmäßige Auslastung
5. die genauigkeitsmäßige Auslastung
Abb. 1 Die Begriffe zur Ausnutzung von Werkzeugmaschinen
technischen Möglichkeiten einer Maschine während der zeitlichen Ausnutzung.
Die Anforderungen seitens der Fertigungsaufgaben und die entsprechenden
technischen Daten der Maschinen werden hier gegenübergestellt.
Bei der Vielzahl der Daten gibt es keine umfassende Kennzahl, die die technische
Ausnutzung beschreibt. Sie wird daher weiter in Teilauslastungen untergliedert,
wie Abb. 1 zeigt.
Die zeitliche Auslastung ist ein Maß für den Hauptzeitanteil an der Belegungszeit.
Eine Verbesserung der zeitlichen Auslastung ist durch Verringerung der Rüst-,
Neben- und Verteilzeiten zu erreichen. Als praktische Maßnahmen sind der Ein
satz von Vorrichtungen, Vorwählschaltungen und doppelte Spannt ische, die ein
Arbeiten im Pendelverfahren ermöglichen, zu nennen. Die Auslastung der
Leistung ergibt sich als Verhältnis von tatsächlich genutzter zu installierter
Leistung. Im allgemeinen liegt sie unter 30% [1].
Zur Ermittlung der geeigneten Größen einzusetzender Maschinen dient die räum
liche Auslastung, die die Abmessungen der \V'erkstücke und Bearbeitungsflächen
dem Spann- und Arbeitsraum der Maschinen gegenüberstellt.
Die einrichtungsmäßige Auslastung beschreibt die Nutzung der technologischen
Funktionen der Maschinen durch die Fertigungsaufgaben. Es wird geprüft, ob
der Drehzahl- oder Vorschubbereich und die Einrichtungen der Maschinen, z. B.
zum Gewindeschneiden, Kopieren oder Teilen, genutzt werden. Die Erhöhung
der Auslastung in diesem Punkt soll zu einfacheren, billigeren Standardmaschinen
führen, die allerdings weniger universell einsetzbar sind.
Als Maß für die genauigkeitsmäßige Auslastung wird das Verhältnis der seitens
der Werkstücke geforderten zur maschineneigenen Genauigkeit gewählt. Die hohe
Genauigkeit vieler Werkzeugmaschinen, die sich meistens in einem teuren Ma
schinenpreis niederschlägt, verursacht vermeidbare Kosten.
Diese Teilauslastungen der Maschine werden durch die Gegenüberstellung der
Maschinendaten und der korrespondierenden Kennwerte der Fertigungsaufgaben
8
gebildet. Die Maschinendaten sind im allgemeinen bekannt. Die Merkmale der
Fertigungsaufgaben müssen auf Grund einer Merkmalsgliederung bestimmt
werden.
Da bereits in den Forschungsberichten Nr. 296 [2] und Nr. 831 [3] über die
Untersuchungen der zeitlichen Ausnutzung sowie der zeitlichen und leistungs
mäßigen Auslastung berichtet wurde, sollen im folgenden die Untersuchungen
und Ergebnisse zur räumlichen, einrichtungs- und genauigkeits mäßigen Aus
lastung besprochen werden. Dabei wird besonders auf die Ergebnisse eingegangen,
die sich aus dem Vergleich mehrerer Betriebe untereinander ergeben.
Darüber hinaus werden die Untersuchungen über typische Arbeitsgangfolgen
verschiedener Werkstücke beschrieben, um nachzuweisen, daß auch bei Einzel
und Kleinserienfertigung in begrenztem Umfang eine Fertigung nach dem Fließ
prinzip möglich ist. Schließlich werden Möglichkeiten der Teilefamilienfertigung
aufgezeigt und hierzu notwendige Untersuchungen und Klassifizierungssysteme
diskutiert.
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2. Abgrenzung, Art und Umfang der Untersuchungen
Es ist zweifellos am besten, wenn das gesamte Fertigungsprogramm eines Be
triebes aufgenommen werden kann. Dies ist jedoch nur mit vertretbarem Aufwand
zu verwirklichen, wenn das Fertigungsprogramm aus einer beschränkten Anzahl
von Typen besteht, deren Einzelteile nach Typen geordnet erfaßt und mit den
entsprechenden Produktionszahlen je Zeitabschnitt multipliziert werden. Da diese
Zahlen auch von früheren Zeiträumen vorliegen, kann man über den augenblick
lichen Zustand hinaus auch die Schwankungen der Produktion untersuchen.
Es ist jedoch einfacher und in den meisten Fällen ausreichend, aus der Gesamtheit
der zu erfassenden Werkstücke eine Stichprobe, die einen repräsentativen Quer
schnitt des Fertigungsspektrums darstellt, herauszunehmen und zu untersuchen.
Als einfachste Möglichkeit, einen derartigen Querschnitt durch die Fertigung zu
erhalten, bietet sich an, über einen bestimmten Zeitraum alle von der Arbeitsvor
bereitung in die Werkstatt laufenden Fertigungsaufträge aufzunehmen. Unter der
Voraussetzung eines stetigen Betriebsgeschehens können die auf diese Weise er
haltenen Ergebnisse als repräsentativ für eine wesentlich größere Zeitspanne und
für das gesamte Fertigungsprogramm während dieser Zeitspanne angesehen
werden. In diesem Falle ist die Stückzahl je Fertigungsauftrag einzusetzen.
Die notwendige Erfassungszeit hängt von der Streuung der Fertigungsaufgaben
ab. Im allgemeinen genügen 2 Wochen. Bei stark differenziertem Fertigungspro
gramm ist es besser, zwei Erfassungen mit einigen Wochen Zwischenzeit als
4 Wochen hintereinander aufzunehmen, da so langfristige Anderungen einbezogen
werden. Bei der Erfassung der laufenden Produktion ist es aber auf jeden Fall not
wendig, die laufende Fertigung darauf zu untersuchen, ob keine außergewöhn
lichen Erzeugnisse gefertigt werden, die das Bild verfälschen. Dies bezieht sich
besonders auf die Zusammensetzung der Fertigungsaufgaben. Der Umfang der
Erfassung wird verfälscht, wenn Arbeitsvorbereitung und Betrieb nicht parallel
arbeiten. Kurzfristige Schwankungen, wie sie oft während einer Arbeitswoche
vorkommen, lassen sich leicht erkennen und gleichen sich während der Er
fassungszeit aus. Wichtiger für die Genauigkeit sind Anderungen, die länger als der
Erfassungszeitraum andauern. Hier sind Häufungen der Aufträge am Quartals
oder Jahresende zu nennen. Ferner werden in manchen Betrieben Ersatzteilauf
träge nur zu bestimmten Terminen ausgeschrieben.
Bei sorgfältiger Planung und eingehender Information der zuständigen betrieb
lichen Stellen wird man diese Fehler weitgehend vermeiden.
Wie stark sich Anderungen des Produktionsprogrammes auf die Ergebnisse der
Erfassung auswirken, wird am Beispiel des Merkmales Durchmesser von Dreh
teilen in einer Großwerkzeugmaschinenfabrik (Abb. 2) deutlich gezeigt.
10
50 I I I I I I I
% o I. Erfassung Tges = 6900 h
• 2. Erfassung T = 3100 h
• 3. Erfassung~: = 6000 h
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Größter Durchmesser D
Abb. 2 Vergleich von drei Erfassungen des größten Werkstückdurchmessers in einem
Betrieb (06) zu verschiedenen Zeitpunkten
Insgesamt wurden in der untersuchten Firma drei Erfassungen durchgeführt.
Die erste und zweite Erfassung wurden in einem Abstand von 2 Monaten durch
geführt. Bei der ersten Erfassung wurden Werkstücke von einzelnen Werkzeug
Großmaschinen untersucht, wohingegen bei der zweiten und dritten Erfassung
mittelgroße Werkzeugmaschinen in Kleinserien gefertigt wurden. Aus der Abb. 2
geht hervor, daß Mittelwert und Maximum der Verteilungskurve für die Werk
stückdurchmesser bei der ersten Erfassung um eine halbe Klasse zu größeren
Durchmessern verschoben ist. Die Kurven der zweiten und dritten Erfassung
stimmen, abgesehen von der Höhe des Maximums weitgehend überein. Die Pro
duktionsschwankungen sind also gut erkennbar, während die Repräsentanz der
Erfassung durch die im wesentlichen übereinstimmenden Ergebnisse der zweiten
und dritten Erfassung nachgewiesen wird.
Die zur Bestimmung der räumlichen, einrichtungs-und genauigkeits mäßigen Aus
lastung erforderlichen Angaben über die zu fertigenden Werkstücke werden
getrennt nach Merkmalsgruppen, wie Abmessungen, Formelernente, Genauigkeit
und Oberflächengüte, an Hand der zugehörigen Zeichnungen und Operations
pläne erfaßt.
Die aufgenommenen Werkstückkenndaten werden in Lochkarten übertragen,
wobei für jedes Werkstück die gleiche Zahl von Karten anfällt, wie Arbeits
operationen vorhanden sind.
Gleichzeitig werden noch unter anderem Stückzahlen und Vorgabezeiten sowie
eine verschlüsselte Kennzahl für die verwendete Werkzeugmaschine als Infor-
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