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Drehen - Drehmaschinen

Universaldrehmaschinen

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
S. 204-209

Mit Universaldrehmaschinen sind neben der reinen Drehbearbeitung zusätzliche Fertigungsschritte wie Fräsen, Schleifen, Bohren oder Gewindeschneiden möglich. CNC-Universaldrehmaschinen unterscheiden sich von den steuerungsunterstützten Drehmaschinen hauptsächlich durch die senkrecht oder schräg angeordnete Bettform sowie durch das Führungssystem.

Spanneinrichtungen

Optimales Spannen mit großen Kräften ist erforderlich, damit große und schwere Werkstücke bearbeitet werden können. Zyklengesteuerte Universaldrehmaschinen werden vorzugsweise mit Aufspannscheiben, Planscheiben, Spanndornen und Handspannfuttern ausgerüstet. Diese Spannsysteme ermöglichen ein universelles Spannen unterschiedlicher Bauteile. Die Priorität der Werkstückwechselzeit steht bei solchen Systemen nicht unbedingt im Vordergrund. Die Fertigung von kleineren bis mittleren Losgrößen erfordert aus wirtschaftlichen Gründen den Einsatz von Kraftspanneinrichtungen. Diese Einrichtungen benötigen jedoch zusätzlich die entsprechenden hydraulischen Komponenten. Speziell bei zyklengesteuerten Maschinen ist dies ein erheblicher Kostenfaktor, da solche Maschinen in der Regel nicht mit einem Hydraulikaggregat ausgerüstet sind. Die Entwicklung elektrischer Spannantriebe, vorzugsweise für Produktionseinrichtungen ohne Hydraulik, laufen seit geraumer Zeit in den Entwicklungsabteilungen namhafter Spannmittelhersteller.

Werkzeugsysteme

Die Varianz und Vielfältigkeit der eingesetzten Werkzeugsysteme und Technologieverfahren kennen nahezu keine Grenzen. Für die einfache und universelle Bearbeitungsaufgabe werden vorrangig Schnellwechsel-Werkzeughalter (Multifix, Parat, Ideal, …) eingesetzt. Diese Werkzeugsysteme sind besonders für den schnellen manuellen Wechsel von Einzelwerkzeugen geeignet (Bild 6).

Bild 6-1: Schnellwechsel-Werkzeughalter an steuerungsunterstützten Drehmaschinen

Bild 6-2: Schnellwechsel-Werkzeughalter an steuerungsunterstützten Drehmaschinen

Werden während einer Bearbeitungsfolge mehrere unterschiedliche Werkzeuge eingesetzt, wird vorzugsweise auf automatisch schwenkende Werkzeugsysteme zurückgegriffen (Scheibenrevolver, Kopfrevolver, Dreh-, Fräs-, Bohreinheit). Diese Einheiten können sowohl mit feststehenden als auch mit angetriebenen Werkzeugen ausgeführt werden. Das einzusetzende Werkzeug wird über die Steuerung angewählt und schwenkt automatisch in die Bearbeitungsposition. Um einer Forderung nach Komplettbearbeitung nachzukommen, werden solche Systeme heute mit einer Y-Achse ausgerüstet. Mit dieser Achse können z. B. Passungsnuten erzeugt oder gehärtete Werkstücke tangential gedreht werden (Verfahren einer nahezu drallfreien Oberfläche).

Die Teilevielfalt und -komplexität fordern, neben der üblichen Dreh- und Fräsbearbeitung, dass weitere Technologien in die Universaldrehmaschine integriert werden können. So finden wir in solchen Maschinen Schleifeinrichtungen, Wirbelgeräte, Bohrböcke und Rolliereinrichtungen im Einsatz. Um den universellen Charakter der Maschinen aufrecht zu erhalten, müssen diese Einrichtungen untereinander schnell umrüstbar und tauschbar sein. Seit geraumer Zeit werden deshalb, wie bei den Bearbeitungszentren, Nullpunktspannsysteme eingesetzt.

Auf diese Weise kann das Werkzeugsystem mit geringem Aufwand sehr genau auf der Bearbeitungsposition platziert werden. Flexibilität und Wirtschaftlichkeit stehen mit der Möglichkeit eines schnellen Wechselns der Technologie in der Maschine im Einklang mit der Universalität und Vielfältigkeit zukünftiger Werkstücke.

Lünetten

Zum Bearbeiten längerer Bauteile mit und ohne Reitstock werden zur Abstützung der Werkstücke Setzstöcke bzw. Lünetten verwendet. Man benötigt die Abstützung bei „fliegend“ aufgespannten Teilen (ohne Reitstock) ab einem Längen/Durchmesser-Verhältnis von ca. 5:1. Wenn ein Werkstück, das zwischen Spitzen gespannt ist, durch die Bearbeitungskraft aus dem Zentrum gedrückt wird oder wenn das Bauteil durch Resonanz zu Ratterschwingungen neigt, muss ebenfalls eine Lünette eingesetzt werden.

Die Lünetten werden feststehend am Bett befestigt oder mitfahrend auf dem Bettschlitten aufgebaut (Abstützung direkt in der Nähe des Werkzeuges). Wir unterscheiden zwischen offenen und geschlossenen (manuell betätigten [Bild 7]) und hydraulisch selbstzentrierenden (automatisch betätigten) Lünetten.

Bild 7: Geschlossene manuelle Lünette

Bei der Art der Abstützung differenzieren wir zwischen wälzkörpergelagerten Rollen und Gleitbacken. Je nach Drehzahl, Oberflächenhärte, Oberflächengüte und Bearbeitungstechnologie kann zwischen diesen beiden Arten gewählt werden. Bei einer Außenfräsbearbeitung mit langsamer Drehzahl wird z. B. eine Gleitbackenlünette eingesetzt, weil die dadurch eingeleiteten Dämpfungseigenschaften den Vibrationen des unterbrochenen Schnittes sehr gut entgegenwirken.

Steuerung und Bedienung

Die Standard-Zyklen der unterschiedlichen Steuerungen sind für einfache und komplexe Dreh- oder Fräskonturen ausgelegt. Wie schon eingangs erwähnt, hat der Einzug der Steuerungstechnik den Anteil der mechanischen Bauteile und damit auch die gesamte Anzahl der Teile einer Maschine erheblich reduziert. Die Vorzüge einer modernen Steuerung liegen in der Leistungsstärke und Flexibilität, der anwenderfreundlichen Handhabung, der einfachen Bedienung und zeitsparenden grafischen Programmierung, dem wirksamen Personen- und Maschinenschutz und nicht zuletzt der Steigerung der Produktivität.

Die Bedien- und Steuerelemente sind ergonomisch an die Maschine angepasst und bieten dem Bediener einen zeitgemäßen Komfort. Die Steuerung mit Handrädern für eine manuelle Bedienung wird in den heutigen steuerungsunterstützten Universaldrehmaschinen immer noch realisiert. Allerdings wird mit den Rädern nicht mehr direkt der Kugelgewindetrieb bewegt, sondern indirekt über einen elektronischen Drehgeber der Antriebsmotor angesteuert (Bild 8).

Bild 8: Steuerpult mit Handrädern

Die Datenanalyse, die Fernwartung, die Fehlererkennung und Optimierung werden über Teleservice realisiert. Der Datenaustausch erfolgt über die Kommunikationsmedien. So können die Serviceabteilungen der Werkzeugmaschinenhersteller schnell auf Probleme beim Kunden reagieren und die entsprechenden Gegenmaßnahmen einleiten.

CNC-Universaldrehmaschine

Die oben beschriebenen Ausführungen haben sich vorrangig auf steuerungsunterstützte Universaldrehmaschinen bezogen. Mit diesen Maschinen kann sowohl manuell als auch CNC-unterstützt gearbeitet werden. Ein weiteres Feld von Universaldrehmaschinen sind die reinen CNC-Drehmaschinen. Sie unterscheiden sich von den steuerungsunterstützten Drehmaschinen hauptsächlich in den senkrecht oder schräg angeordneten Bettformen und im Führungssystem. Die Anordnung des Maschinenbettes gewährleistet einen nahezu idealen Spänefall. Hier werden heutzutage in erster Linie Wälzführungen eingesetzt, welche sehr hohe Verfahrgeschwindigkeiten zulassen. Die Anordnung der Z-Führungen ist gegliedert in zwei oder drei Bahnen, bestehend aus jeweils zwei Linearführungen. Je höher die Anzahl der Bahnen, desto mehr Baugruppen können sich kollisionsfrei im Arbeitsraum bewegen. Generell werden automatisch schwenkende Werkzeugsysteme eingesetzt. Die Maschinen sind voll verkleidet und verkapselt. Sie können in einer höheren Ausbaustufe als Produktionsmaschinen eingesetzt werden. Die einzige manuelle Tätigkeit während des Produktionsprozesses beschränkt sich auf das Be- und Entladen der Werkstücke. Die Philosophie der Hersteller von CNC-Universalmaschinen ist nahezu gleich. Unterschiedliche Anforderungen der Kunden werden durch unterschiedliche Baureihen realisiert. Und jede Baureihe entsteht letztendlich aus einem Baukasten unterschiedlicher Maschinenelemente.


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