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Drehen - Drehmaschinen

Produktionsdrehmaschinen

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
S. 210-217

Als Produktionsdrehmaschinen werden NC-Maschinen für die Herstellung mittlerer bis großer Losgrößen bezeichnet. Sie ermöglichen es dem Anwender, Drehteile in hoher Qualität zu besonders wirtschaftlichen Konditionen herzustellen.

Konstruktiver Aufbau

Der Aufbau einer Drehmaschine kann unterschiedlich sein. Es gibt horizontale und vertikale Produktionsdrehmaschinen, wobei noch zwischen Futter- und Wellenmaschinen unterschieden wird. Die wesentlichen konstruktiven Merkmale sollen am Beispiel einer zweispindligen, vertikalen Futterdrehmaschine erläutert werden.

Diese mit Werkzeugrevolvern und Motorspindeln ausgerüsteten Maschinen sind bevorzugt für flache, flanschähnliche Werkstücke geeignet, welche keine zusätzliche Reitstockabstützung benötigen.

Im speziellen Fall ist diese Maschine als Pick-up-Variante ausgeführt, bei der die Motorspindel das Werkstück mit dem Spannfutter direkt von einem Werkstückzuführsystem aufnehmen kann. Dazu ist die Motorspindel auf dem Kreuzschlitten angeordnet (Bild 2). Dieser führt die Bearbeitungsbewegungen aus. Das Werkzeugsystem ist stationär an dem Maschinenunterbett starr befestigt. Durch diese Systemanordnung wird die Beladezeit wesentlich reduziert.

Bild 2: Prinzipieller Aufbau einer vertikalen Produktionsdrehmaschine als Pick-up (Selbstlader) Maschine in Zweispindelausführung mit zwei unabhängigen Kreuzschlitten mit Motorspindeln und zwei Werkzeugrevolvern auf dem Unterbett

Auf diesen Maschinen werden Zahnräder, Bremsscheiben, Flansche usw. hergestellt. Durch eine automatische Wendeeinrichtung zwischen den Spindeln 1 und 2 können die Werkstücke in einem Maschinensystem beidseitig gefertigt werden.

Basis jeder Maschine ist das Maschinenbett, welches bei einer Produktionsdrehmaschine eine hohe statische, dynamische und thermische Stabilität aufweisen muss. Die früher eingesetzten Stahl- und Gussbetten weisen nur eine geringe thermische Stabilität aus. Deshalb werden heute vermehrt mit Spezialbeton ausgegossene Stahlbetten oder Kunstharzbetonbetten eingesetzt.

Die höhere spezifische Wärmekapazität und das geringe Wärmeleitvermögen von Kunstharzbetonwerkstoffen wirkt sich genauigkeitssteigernd aus. Bei Maschinen mit höchsten Genauigkeitsanforderungen wird in der Hart- Feinbearbeitung mittlerweile Naturgranit als Werkstoff eingesetzt.

Bei der Gestaltung des Bettes wird darauf geachtet, dass die Späne mit dem Bett möglichst nicht in Berührung kommen und keine Spänenester entstehen können. Da die Späne einen großen Teil der Prozesswärme abführen, wird damit der Wärmeeintrag in das Maschinenbett vermindert.

Als Führungssysteme für die linearen Bewegungen der Bearbeitungsschlitten haben sich wälzgelagerte Profilführungssysteme durchgesetzt. Diese Systeme können als Kugel- oder Rollenführungen je nach Belastungsanforderungen eingesetzt werden und nehmen Kräfte und Momente aus allen Richtungen auf. Sie erfüllen die hohen Genauigkeitsanforderungen, da sie spielfrei sind und keine Stick-slip-Effekte aufweisen.

Der Vorschub- und Eilgangantrieb der Bearbeitungschlitten erfolgt über hochdynamische CNC-gesteuerte Servo-Antriebsmotore. Dazu kommen vorgespannte, spielfreie Kugelgewindetriebe zum Einsatz. In der Hartbearbeitung werden auf Grund der kleineren Prozesskräfte auch Linearmotoren eingesetzt. Diese arbeiten verschleißfrei und sorgen damit für eine bessere Dauergenauigkeit.

Die präzise Wegmessung erfolgt in den Linearachsen mit hochauflösenden linearen Wegmesssystemen.

Das Positionierverhalten von Linearachsen kann mit einer Lasermessung nach DIN/DGQ 3441 überprüft werden. Hochwertige Linearachsen haben Positionsstreubreiten (PS) < 3 μm und Umkehrspannen (PU) < 2 μm.

Als Hauptspindelantriebe werden temperierte Bausatz-Spindelmotore eingesetzt. Diese gewährleisten höchste dynamische Werte, hohe Drehzahlen und einen präzisen Rundlauf. Die Spindellagerung in der Motorspindel erfolgt über hochgenaue vorgespannte Schrägkugellager. Der nicht wiederholbare Schlag einer Motorspindel sollte bei < 1μm liegen. Auf Grund der hohen Leistungsdichte eignen sich Synchronantriebe besser als Asynchronantriebe.

Bild 3: Schnitt durch eine Motorspindel mit Bausatz-Spindelmotor und eine Motorspindel auf einem Kreuzschlitten mit Profilführungssystem

Als Werkzeugträger werden vorzugsweise Werkzeugrevolver eingesetzt, welche mit unterschiedlichsten Werkzeugscheiben betrieben werden können. Durch schnelle Schaltvorgänge über CNC-gesteuerte hochdynamische Servo-Antriebsmotoren können die benötigten Werkzeuge mit kurzen Nebenzeiten zum Einsatz gebracht werden. Durch eine intern einrastende Stirnverzahnung liegt die Positioniergenauigkeit von Werkzeugrevolvern bei 1 μm. Für einfachere Bohr- oder Fräsbearbeitungen können die Werkzeugrevolver mit angetriebenen Werkzeugen ausgerüstet werden.

Bild 4: Werkzeugrevolver mit acht Werkzeugen in radialer Anordnung auf der Werkzeugscheibe und die Anordnung im Arbeitsraum einer zweispindeligen Produktionsdrehmaschine

Wird für einen Produktionsprozess nur eine geringe Anzahl von Werkzeugen benötigt (z. B. bei der Hartbearbeitung), können die Werkzeuge auch linear nebeneinander fix angeordnet werden. Diese werden von der Motorspindel nacheinander angefahren. Bei dieser Bearbeitungsart ergeben sich besonders kurze Nebenzeiten.

Automationssysteme sorgen für einen weiteren Produktionsgewinn. Dabei unterscheidet man zwischen internen und externen Beladesystemen. Die externen Systeme bringen die Werkstücke an oder in die Maschine und sind an die Zuführlogik des Maschinenbetreibers in der Halle angepasst. Die internen Automationssysteme transportieren die Werkstücke innerhalb der Maschine und sorgen für einen zeitoptimierten Be- und Entladevorgang.

Zu den internen Systemen zählen neben dem Pick-up System u. a. das Wenden der Werkstücke, die Werkstückübergabe auf Gegenspindel bei horizontalen Maschinen oder das Kreisladersystem bei vertikalen Maschinen. Der Kreislader kann sowohl von einem externen Zuführband oder aber z. B. von einem Stapelmagazin mit Werkstücken versorgt werden. Die Werkstückwechselzeiten sind dabei sehr kurz.

Bild 5: Kreislader mit einem Zuführband

Bild 5: Kreislader mit einem Zuführband

Bild 6: Linear fix angeordnete Werkzeuge für kurze Nebenzeiten bei einer Produktionsmaschine mit vier Arbeitsspindeln

Bild 6: Linear fix angeordnete Werkzeuge für kurze Nebenzeiten bei einer Produktionsmaschine mit vier Arbeitsspindeln


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Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
S. 210-217
Literaturhinweis

Burkhalter, J. P.: Steuerungs- und Regelungsstrategien für produktionstechnische Systeme. Dissertation, ETH Zürich, 2010.

Neuhausen J.:, Methodik zur Gestaltung modularer Produktionssysteme für Unternehmen der Serienproduktion. Dissertation, Universität Aachen, 2011.

Hirsch, A.: Werkzeugmaschinen Grundlagen. Lehr- und Übungsbuch. Vieweg Verlagsgesellschaft, Braunschweig 2000.

Conrad, K. J.: Taschenbuch der Werkzeugmaschinen. Fachbuchverlag Leipzig, München 2002.

Perovic, B.: Bauarten spanender Werkzeugmaschinen. Steifigkeiten, Steuerungen und Bauformen. Expert-Verlag, Renningen 2002.

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