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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.

Aufbau der Maschinen

Für die weitere Betrachtungsweise werden in diesem Unterkapitel in erster Linie die steuerungsunterstützten Universaldrehmaschinen herangezogen und am Schluss des Kapitels wird auf die CNC-Universaldrehmaschinen eingegangen.

Bett

Nahezu alle Hersteller von steuerungsunterstützten Drehmaschinen verwenden Gleitführungssysteme und ordnen ihre Maschinenbetten in waagrechter Bauform an. Die Unterscheidung liegt in der Geometrie der Führungsbahn. Man unterscheidet zwischen gehärteten und geschliffenen Prismen- und Flachführungen (Bild 2).

Bild 2: Bettausführung mit zwei parallelen Prismenführungen

Der Spänefall erfolgt durch entsprechend vorgesehene Kanäle vor, zwischen und hinter den Führungsbahnen. Durch wiederholtes Zusammenfügen einzelner Bettelemente kann eine Drehlänge bis zu 24 Meter erreicht werden (Bild 3).

Bild 3: Bett mit Drehlänge 20 m

Spindelstock

Die Antriebsleistung einer Hauptspindel muss dem universellen Charakter der Fertigungseinheit angepasst sein, d. h. sowohl große Drehmomente als auch hohe Drehzahlen müssen realisierbar sein. Diese Anforderung kann nur ein Spindelstock mit mindestens zwei Getriebestufen erfüllen. Die Hauptspindel wird entweder mit einer Kurzkegelaufnahme nach DIN 55027 (Bajonettverschluss – schneller Spannmittelwechsel möglich) oder nach DIN 22026 (direkt am Flansch angeschraubt) ausgeführt.

Die Auswahl entsprechender Spindellagerungen wird von den Kriterien „Drehzahl“, „Laufgenauigkeit“, Steifigkeit“ und „dynamische Tragfähigkeit“ beeinflusst. Man unterscheidet in der Regel die in Bild 4 dargestellten Spindellagerpaarungen:

Bild 4: Spindellagerpaarungen

Jede der aufgeführten Lagerungen kann die oben erwähnten Kriterien in unterschiedlichem Maße erfüllen. Der optimale Lagerabstand zwischen vorderem und hinterem Lager befindet sich erfahrungsgemäß bei ca. 2,5 x Lagerdurchmesser. Dieser Abstand bringt im Bezug auf radiale Belastung und Laufruhe der Spindel das beste Resultat.

Bettschlitten

Die Basiseinheit für den Aufbau des entsprechenden Werkzeugsystems ist der Planschieber. Diese Einheit wird über eine Kugelrollspindel von einem Servomotor angetrieben (X-Achse). Zur genauen Lagebestimmung des Werkzeuges wird üblicherweise in dieser Achse ein absolutes Längenmesssystem eingesetzt. Dieses System erkennt die Position der Baugruppe sofort nach Einschalten der Maschine und durch die direkte Messweise kann eine hochgenaue Durchmesser-Bearbeitung durchgeführt werden. Der Planschieber wird in der Regel mit einer Prismengleitführung auf dem Bettschlittenunterteil geführt. Bettschlittenunterteil und Planschieber bilden zusammen die Baugruppe des Bettschlittens. Dieser wird am Bett entweder auf zwei Prismenführungen (Doppelprisma) verfahren (Bild 2) oder einem Prisma und einer Flachführungsbahn.

Der Antrieb erfolgt auch hier bis zu einer Drehlänge von ca. 3.000 mm über eine Kugelrollspindel und einem Servomotor. Bei einer Drehlänge von mehr als 3.000 mm wird dies, wegen der Resonanzfrequenz der Kugelrollspindel, mittels Zahnstangenantrieb und Servomotor realisiert. Beim Messsystem kann, je nach Genauigkeitsanforderungen, zwischen einem Rotations- und einem Längenmesssystem gewählt werden (Z-Achse). Da Gleitführungsbahnen in nicht unerheblichem Maße von einem Stickslip-Effekt betroffen sind, ist die Wahl des Bettbahnöles, die Dosiermenge, die Anzahl der Schmierimpulse und die Oberflächengüte der geschliffenen Bahn von entscheidender Bedeutung, um gute Positioniergenauigkeiten zu erreichen.

Reitstock

Die Abstützung des Werkstücks gegenüber dem Spannmittel erfolgt bei langen wellenförmigen Teilen durch den Reitstock. Die Kraft, die zum Halten der Werkstücke notwendig ist, wird entweder durch eine Trapezspindel in Verbindung mit einem Handrad manuell erzeugt oder durch eine hydraulische Pinole über die Steuerung eingeleitet. Das Unterteil des Reitstockes wird entweder manuell oder automatisch bei unterschiedlichen Teilelängen verschoben und auf dem Bett geklemmt. Wir unterscheiden bei den Reitstockspitzen zwischen einer mitlaufenden Zentrierspitze (Lager integriert) oder einer festen Zentrierspitze (Lager ist in der Pinole integriert).

Verkleidung

Steuerungsunterstützte Universaldrehmaschinen sind in der Regel „offene“ Maschinen, d. h. der Arbeitsraum ist nicht voll verkleidet. Die Spänetür ist mit dem Bettschlitten gekoppelt. Durch diese Anordnung wird ein Schutz vor Spänen und Kühlmittel gewährleistet, da die Späne immer von dem am Bettschlitten aufgebautem Werkzeug erzeugt werden. In dieser Bauweise können sehr lange Drehmaschinen realisiert werden (Bild 5).

Bild 5: Verkleidung einer steuerungsunterstützten Universaldrehmaschine (Schutztüren geöffnet)

Maschinen mit kürzeren Drehlängen (< 3.000 mm) können optional in einer voll verkleideten Ausführung hergestellt werden. Eine Sicherheitsscheibe in „Sandwich“-Bauweise bestehend aus Sicherheitsglas und Polycarbonatscheibe, vereint die Resistenz gegen spritzendes Kühlschmiermittel und glühenden Spänen und gewährleistet die Sicherheit des Bedieners. Späneentsorgung und Dichtheit der Maschine sind A-Themen jeder Verkleidung von Universaldrehmaschinen. Neben den üblichen Spänewannen werden vermehrt Späneförderer eingesetzt, die die Späne automatisch in den Spänetrichter transportieren. Die Maschinenbetten sind für den Späneabtransport mit entsprechenden Durchführungen versehen. Allerdings müssen Spülrohre oder manueller Eingriff dafür sorgen, dass Spänenester an den Schrägen der Kanäle vermieden werden. Der Kühlmitteldruck bei Nassbearbeitung ist in den letzten Jahren in erheblichem Maße gestiegen. Von ursprünglich 4 bar ist man in der Zwischenzeit vereinzelt bei 25 bar angelangt. Solche Drücke stellen an die Verkleidung, bezüglich der Dichtheit, hohe Ansprüche, vor allem bei der offenen Bauweise.


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Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
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