Werkzeugmaschinen

Der Developments that are „Erfassung sowie des Standes der Technik und Forschung bei Werkzeugmaschinen am Beispiel Fräsmaschinen“

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Erklärungen

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Kurzfassung / Abstract

Kurze Zusammenfassung, Nach Beeenden der Arbeit ist eine zusätzliche, d.h. eine Kurzfassung, zu formulieren (etwa eine halbe noise-A4 Seite), aus der die wesentlichen Schwerpunkte und Ziele der Arbeit hervorgehen.

Des Weiteren sind für die Arbeit 3 Stichwörter zu vergeben that is angefertigte, welche die künftige EDV-Recherchierbarkeit der Arbeit ermöglichen. Das erste Stichwort beschreibt das Themengebiet der Arbeit (bspw. Werkzeugmaschine, Technologie, Produktionsmanagement u.ä.) Hinweis: Die Schlagwörter sollten keine Begriffe aus dem Titel der Arbeit beinhalten, da diese von der Bibliotheks-Datenbank automatisch vergeben werden.

Subjective und Keywords stellen die dieser Punkte dar, und sind nach Absprache mit dem Betreuer anzugeben.

Die Kurzfassung ersetzt nicht die obligatorische Zusammenfassung am Ende der Diplomarbeit.

1 Einleitung

1.1 Die Entwicklung der modernen Werkzeugmaschinen

Die Geschichte der Werkzeugmaschinen begann etwa 1712 die der Grundstein für die Entwicklung von Werkzeugmaschinen, battle, mit denen metallische werden konnten. [2]

Der englische Erfinder John Wilkinson etwa 1775 eine Horizontalbohrmaschine für die Bearbeitung der Innenflächen von zylindrischen Teilen und damit begann die Geschichte der modernen Werkzeugmaschinen. Henry Maudslay entwickelte etwa 1794 die Bettdrehmaschine. Die weitere Verbreitung der Werkzeugmaschinen wurde von Joseph Whitworth dadurch, dass im 1830 Messinstrumente denen man auf einen Millionstel Zoll genau messen konnte that is erfand, fortgesetzt. Die Erfindung von Whitworth battle deshalb so wertvoll die Massenproduktion von Geräten mit austauschbaren Teilen genaue Messverfahren that is spätere unverzichtbar waren.

Um austauschbare herzustellen in Europa und den USA wurden gleichzeitig die stattgefunden. Mit denen person per Palm Teile mit im Wesentlichen identischen Abmessungen herstellen konnte, Dafür wurden in erster Linie Koordinatenfeilanlagen, eingesetzt. Etwa 1798 der amerikanische Erfinder Eli Whitney einen Regierungsauftrag zur Produktion von 10000 Teile austauschbar sein deswegen geht Das Massenproduktionsverfahren auf Whitney that is Armeegewehren zurück.

Im 19. Konnte man mit gewöhnlichen Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen Hobelmaschinen und Sägen sowie mit Fräs-, Räum- und Bohrmaschinen eine erreichen that is general.

Nach 1920 spezialisierte sich der Anwendungsbereich einzelner Werkzeugmaschinen. Von 1930 bis 1950 ist guy gelungen, leistungsfähigere und stabilere Werkzeugmaschinen zu um den inzwischen verfügbaren verbesserten Schneidstoffen Rechnung zu tragen.

Anfang des 20. Jahrhunderts konnte man größere Werkzeugmaschinen bauen und zudem ihre Genauigkeit erhöhen.

Die spezialisierten Werkzeugmaschinen haben eine sehr kostengünstige Herstellung normierter Teile ermöglicht. Diese Maschinen konnten nicht auf die Produktion verschiedenartiger Teile oder auf geänderte Normen umgestellt werden waren wenig anpassungsfähig. Daher versuchte man Werkzeugmaschinen zu entwickeln, die und und an Steuerung mittels Pc angepasst werden können. Diese Maschinen und komplex gestaltete Produkte that is auch kostengünstig sind inzwischen. [13]

1.2 Allgemeines über Werkzeugmaschinen

„Eine Werkzeugmaschine ist Arbeitsmaschine, die ein Werkzeug an einem Werkstück unter gegenseitiger bestimmter Führung zur Wirkung bringt“. [5]

Werkzeugmaschinen und den Betriebsmitteln (Werkzeuge, Vorrichtungen, Clutter- und Prüfmittel) ist ein Teil von den Fertigungsmitteln. Sie sind notwendig, um eine Fertigung im Bereich der Produktionstechnik aufrecht zu erhalten.

Mit den Werkzeugmaschinen kann man Werkstücke aus festen Materialien (z. W. Metall) zu verschiedenen Produkten verarbeiten. Die Type erfolgt, indem man Substance vom Werkstück mit Hilfe eines auf der Maschine angebrachten Werkzeugs abgetragen (z.B. Fräsen) oder es in die gewünschte Type gepresst wird.

Die gegenseitige Führung von Werkstück und Werkzeug (Richtung in der ich fräsen darf) und die Richtung, mit der beide während der Bearbeitung zueinander bewegt werden (Winkel wie man fräsen darf) sowie die Geschwindigkeit sind die entscheidende Punkte bei der Fertigung.

Werkzeugmaschinen werden zur Herstellung von Maschinen- oder Werkzeugteilen und gehören zu den wichtigsten Grundlagen der modernen Industrie. [13]

Nach noise 69 651/1.2/ ist eine Werkzeugmaschine definiert als:

„Mechanisierte und mehr oder weniger automatisierte Fertigungseinrichtung, die durch general Bewegung zwischen Werkstück und Werkzeug eine vorgegebene Type am Werkstück oder eine Veränderung einer vorgegebenen Type an einem Werkstück erzeugt“ [4]

1.3 Einteilung der Werkzeugmaschinen

Die Werkzeugmaschinen unterteilt guy üblicherweise nach:

¨ Arbeitsverfahren (siehe Abb.1)

Hierbei unterscheidet man zwischen:

a) Werkzeug für die spanlose Formgebung

* Hämmer

* Pressen

* Biegemaschinen

* Scheren

* Ziehmaschine

W) Werkzeug für die spannende Formgebung

* Drehmaschinen

* Hobelmaschinen

* Fräsmaschinen

* Schleifmaschinen

* Sägmaschin

¨ Einsatzbreite (Universalmaschinen, Mehrzweckmaschinen, Sondermaschinen)

Anwendungsfeld (Maschinen für Einzelfertigung, Kleinserienfertigung, Massen-

Fertigung)

¨ Technolgiebezogene Merkmale (z.B. weg-, kraft- und energiegebundene Um-

Formmaschine

¨ Lage der Hauptspindel (outside, vertikal, Überkopf)

Bauart (z.B. Frontdrehmaschinen, Schrägbettdrehmaschinen usw.)

¨ Steuerungstechnik (manuell, konventionell, NC-Gesteuerte)

¨ Automatisierungsgrad

¨ Einbindung in den Fertigungsprozess (Einzelmaschine, Mehrmaschinensystem

Transferstraßen)[3]

Abbildung 1 Klassifizierung von Werkzeugmaschinen nach den Fertigungsverfahren[1][5]

1.4 Allgemeines über Fräsen

Ist ein spanendes Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden. Die meist mehrzahnigen Werkzeuge führen eine kreisförmige Schnittbewegung aus. Die Schnittbewegung wird durch eine Turn des Werkzeuges erzeugt.

Die Vorschubbewegung ist senkrecht oder schräg zur Drehachse des Fräsers gerichtet. Dadurch geformte Werkstückflächen bis auf wenige erzeugt werden“. [5]

Das Fräsen erfolgt mit mehrschneidigen Werkzeugen, und ist durch eine diskontinuierliche Spanabnahme (rhythmisch Spanunterbrechung und Schnittkraftschwankung) gekennzeichnet. Das Werkzeug führt die Hauptbewegung aus. [13]

Beim Fräsen werden ebene und gekrümmte Flächen an Werkstücken durch ein drehendes, mehrschneidiges den Fräser, Werkzeug, hergestellt. Dabei wird üblicherweise die Zustell- . Die Schneiden sind immer im Eingriff, der Spanungsquerschnitt und damit die Zerspankraft bleiben nicht gleich. Dabei müssen die einzelnen Schneiden weniger Zerspanwärme aufnehmen und die Späne können besser abgeführt werden, das hat den Nachteil, dass leicht Erwärmung- Werkstückoberfläche und Maschine schädlich sind, Abkühlung und Schwingungen entstehen, die für Werkzeug. [14]

Verschiedene Merkmale beeinflusst der Fräsvorgang z.B.

- die Art und die Leistung der zu Verfügung stehenden Fräsmaschinen.

- das Fräswerkzeug und dessen Schnittbedingungen.

- der Stabilität und Kind des Fräsens, das zu fräsenden Werkzeug.

Je nach der Art der Erzeugung ebener Flächen unterscheidet man zwischen Stirnflächen Umfangsfräsen und Stirnumfangsfräsen. [6]

2 Fräsmaschinen

Durch die Fräsmaschinen werden die Bearbeitung mit umlaufenden - oder mehrschneidigen Werkzeugen gedient. Sich fortlaufend ändernde Zerspankräfte werden nach Größe und Richtung durch die entstanden. Fräsmaschinen setzen hohen statischen und dynamischen Beanspruchungen aus.

Die Zerspanbedingungen, die bei der Bearbeitung eines Werkstückes anwendbar sind, werden durch das schwächste Component im Kraftfluss zwischen Maschine, Werkzeug und Spannvorrichtung bestimmt.

Hohe geometrische Genauigkeit und Spielfreiheit der Führungen und Vorschubantriebe sind zur Erzeugung von winkeligen, sowie von einer guten Widerholgenauigkeit beim Positionieren, ebenen und formtreu gewölbten Schnittflächen, verlangt. [1][17]

Wegen der Vielfältigkeit der Bearbeitungsaufgaben haben sich bei den Fräsmaschinen entsprechende Grundbauformen entwickelt. Diese Grundbauformen sind auf der Art der Bearbeitung und die zusammengepasst. [3]

2.1 Fräsverfahren

Die Einteilung der Fräsverfahren nach noise 8589 Teil 3 ist. 2.1

Dargestellt.

Abbildung 2.1 Einteilung der Fräsverfahren [27]

Unterscheidung nach den Fräsverfahren :

Planfräsen zur Erzeugung von ebenen Flächen z.B Dichtungsflächen von Flanschen, Engine- oder Getriebegehäusen, Führungsbahnen von Werkzeugmaschinen usw. durch eine geradlinige Vorschubbewegung. und ordnet sich in Umfangs-Planfräsen (Walzenfräser), Stirn-Planfräsen (Messerkopf), Stirn-Umfangsfräsen (Walzenstirnfräser oder Schaftfräser). (siehe Abb.2.2)[18]

Stirn-Umfangsplanfräsen

Wälzfräsen zur Erzeugung von Zahnrädern oder Keilwellen. Die Fräsachse ist beim zur bearbeiteten Fläche des Werkstücks. Der Wälzfräser arbeitet nur mit den Umfangsschneiden und hat eine profilierte Zahnform. Die Belastung von Werkzeug und Maschinen ist ungleichmäßig wegen des ungleichmäßigen Covers (siehe Abb.2.3). [1]

Ein Fräser mit Bezugsprofil kann beim Wälzfräsen eine mit der Vorschubbewegung simultane Wälzbewegung ausführen. Dabei wälzen Werkzeug und Werkstück in der Verzahnmaschine miteinander wie zwei fertigverzahnte Räder in einem Getriebe. [7]

Profilfräsen beim Profilfräsen Verwendet man ein Werkzeug mit werkstückgebundener Type zur Erzeugung von Führungen mittels Längs- zwei, Profilfräsen mit geradliniger Vorschubbewegung des Fräsers, Formprofilfräser mit beliebiger - oder dreidimensionaler Fräservorschubbahn und Rund-Profilfräsen mit kreisförmiger Vorschubbewegung des Fräsers. Es bildet sich das Profil des Werkzeuges auf dem Werkstück stomach (Abb.2.4). [7][18]

Gewinden oder Zylinderschnecken, Bild schraubenfräser.jpgSchraubfräsen zur Erzeugung von Spindeln. Beim Schraubfräsen entstehen unter wendelförmiger Vorschubbewegung schraubenförmige Flächen am Werkstück (Abb.2.5). [7]

Rundfräsen zur Erzeugung zylindrischer Flächen mittels Außen-Rundfräsen und Innen-Rundfräsen (siehe Abb.2.6). Beim Rundfräsen rotiert zusätzlich zum Werkzeug auch das Werkstück Beispiele: lange Druckwalzen, große Bohrungen. Rundfräsen gliedert sich in Umfangs-Rundfräsen(Die Werkzeugachse ist parallel zur Zylinderachse), Stirn-Rundfräsen(Die Werkzeugachse steht senkrecht zur Zylinderachse) und Stirnumfangs-Rundfräsen(Die Werkzeugachse steht senkrecht oder ist parallel zur Zylinderachse) (Abb.2.6) [18]

Innen-Rundfräsen Außen-Rundfräsen Stirn-Umfangsrundfräsen

Formfräsen (auch Kopierfräsen, Profilfräsen oder Gesenkfräsen genannt) werden durch Bohr-Fräsbearbeitung komplizierte Formen, Kammern und gewölbte Flächen gefräst. Zur Herstellung beliebiger räumlicher Flächen mittels Freiformfräsen(durch Drehen des Handrades) (Gravieren), Nachformfräsen(durch eine Schablone), kinetische Formfräsen(durch Kurvenscheibe, Trommelkurven, Getriebe) und NC-Formfräsen(durch das NC-Programm der Steuerung) (siehe Abb.2.7). [18]

Abbildung 2.7 Formfräsen [7]

Schlagzahnfräsen zur Erzeugung von ebenen Flächen. Der Fräser hat nur eine Schneide und kann auch bei einem Winkelfehler der Frässpindel, bei Slogan in der Frässpindel, bei wechselnden Schnittkräften, oder bei nicht exakt gleich langen Fräserzähnen (Messerkopf) hohe Oberflächengüten erzeugen. [19]

2.1.1 Gleichlauffräsen

Der Fräser führt die Kreisförmige Schnittbewegung und das Werkstück die Vorschubbewegung aus.

Beim Gleichlauffräsen (Abb.2.8) sind die Richtung der Schneide des rotierenden Werkzeugs und die Richtung des Vektors der Vorschubsrichtung gleichgerichtet. Beim Gleichlauffräsen wird Spielfreiheit bzw that is complete. Steifigkeit der Vorschubeinheit von der Vorschubeinrichtung des Schlittens der Werkzeugmaschine erfordert. Dabei sind die erreichbaren Oberflächengüten besser und der Freiflächenverschleiß im Allgemeinen geringer. [9]

Die Verarbeitung wird mit der größten Spandicken und damit mit ausreichender Spanungsdicke beginnen, so dass es zu einem steilen Kraftanstieg beim Eintritt. An das Werkzeug wird das Werkstück angezogen und auf die gepresst. Die complete Spielfreiheit bzw. hohe Steifigkeit der Vorschubeinheit vermeidet ein ruckartiges Einziehen des Werkstücks in das Werkzeug (Rattern). Bearbeitungsmaschinen mit Kugelumlaufspindeln erfüllen diese Bedingung und das ist die günstigere Bearbeitungsvariante für moderne Schneidstoffe.Bei einigen Anwendungen, wie z.B. Dem Hartfräsen im Gleichlauf sogar die einzig Bearbeitungsart. [20][9]

Vorteile:

- längere Werkzeugstandzeiten zu erwarten

- Große Schnitttiefen möglich

Nachteile:

- Bei konventionellen Fräsern besteht die Gefahr des Einhakens

2.1.2 Gegenlauffräsen

Beim Gegenlauffräsen (Abb.2.9) sind die Richtung der Schneide des rotierenden Werkzeugs und die Richtung des Vektors der Vorschubrichtung einander entgegengerichtet. Der Schnittvorgang wird mit Spanungsdicke Null(die Schneide may dem Werkstück ausweichen und „drückt“) beginnen. Die Schnittkraft, die entsteht wirkt entgegen der Vorschubkraft. Beim Gegenlauffräsen wird eine stabile Aufspannung des Werkstücks auf den Maschinentisch erfordert, so dass ein Abheben verhindert werden können. [20] [9]

Vorteile:

- Beim Gegenfräsen wird das Einhaken des Fräsers verhindert

- Ausreißen des Werkstücks möglich

Nachteile:

- kürzere Werkzeugstandzeiten

Fazit: In der Praxis wird Gleichlauffräsen mehr als Gegenlauffräsen bevorzugt angewendet.

Ausnahmen:

- z.B, Bearbeitung harter Werkstückoberflächen. Schmiedehaut, Gusshaut, die beim Gegenlauffräsen von unten heraus aufgebrochen wird.

- Herstellung tiefer, schmaler Nuten, da die Späne beim Gegenlauffräsen leichter entfernt werden können[18]

2.2 Fräswerkzeuge

Nach den vielseitigen Einsatzmöglichkeiten der Fräsverfahren ist eine Vielzahl von Werkzeugen entwickelt worden. Die Fräswerkzeuge unterschieden sich im Wesentlichen durch ihren Anwendungszweck. [1]

Die unterteilt man üblicherweise nach:

¨ Dem Zweck: Nuten- , Prismen - oder Formfräsen.

¨ Dem Werkzeugaufbau: Vollfräser oder Wendeplattenfräser.

¨ Dem Mitnahme: Aufsteckfräser oder Schaftfräser.

¨ Der Anordnung der Zähne: Mantelschneiden, Stirnschneiden

¨ Der Type der Zähne: Spitzverzahnte und hinterdrehte Fräser

¨ Der Type des Meridians: Zylindrischer Fräser, Kegelfräser, Profilfräser

¨ Dem Verlauf des Zähne: Gerade oder schraubenförmig gerichtete Zähne.[1][18]

Arten von Fräswerkzeugen:

Ø Fräsköpfe/Eckfräser und Planfräser (Abb.2.10):

Der Fräskopf ist als aufsteckbarer Stirnfräser gekennzeichnet Hauptschneiden stirnseitig d.h that is liegt. seine Hauptaufgabe eine ebene Fläche zu erzeugen. Mit dem Eckfräser können Absätze hergestellt oder Bohrungen erweitert werden.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:

¨ Sie haben stirnseitig in der Regel zwischen 5-50 Schneiden Inform von Schneidplatten.

¨ Die erzeugte Oberfläche und die Fräsachse stehen senkrecht zueinander.

¨ Sie haben eine zentrische Bohrung, die zur Zentrierung und Aufnahme dient.

¨ Die radiale Mitnahme erfolgt über eine Quernut.

¨ Sie ermöglichen hohe Zerspanungsleistungen.

Eckfräser Planfräser

Anwendungsgebiete:

¨ Einsetzen auf Waagrecht- und Senkrechtfräsmaschinen ist möglich.

¨ Mit Planfräsköfen oder Eckfräsköpfen können ebene erzeugt werden that is Flächen.

¨ Mit Eckfräsköpfen werden rechtwinkeliger Absätze hergestellt und gefertigt.

¨ Mit runden Schneidplatten und Eckfräsköpfen können Freiformflächen hergestellt werden.18]

Ø Schaftfräser (Abb.2.11):

Die Schaltfräser besitzen als wesentlichen Kennzeichen einen integrierten Schaft, der in einer Fräseraufnahme eingesetzt wird.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:

¨ Sie haben eine zylindrische Umfangsfläche mit 2-8 Schneiden und Stirnschneiden.

¨ Sie sind meist control- aber auch geradgenutet.

¨ Die radiale Mitnahme erfolgt über den meist zylindrischen Schaft mit/ohne Spannfläche

Schafteckfräser Schaftschruppfräser

Anwendungsgebiete:

¨ Einsetzen auf Waagrechte- und Senkrechtefräsmaschinen ist möglich.

¨ Offener und geschlossener Nuten können erzeugt werden.

¨ Mit dem Langlochfräser können Bohrungen hergestellt werden.

¨ Aller metallischen Werkstoffe können verarbeitet werden.

Ø Scheibenfräser (Abb.2.12):

Scheibenfräser sind Fräser, die Form von Scheiben haben und ihre Breite ist im Vergleich zum Durchmesser gering.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:

¨ Sie haben Umfangsschneiden und mindestens an einer Stirnseite Schneiden.

¨ Zwei oder drei Flächen werden gleichzeitig hergestellt.

¨ Die radiale Mitnahme erfolgt über Längsnut oder eine stirnseitige Quernut.

¨ Scheibenfräser werden von einem Fräsdorn aufgenommen.

Anwendungsgebiete:

¨ Einsetzen auf Waagrecht- oder Senkrecht- ist möglich that is Fräsmaschinen.

Oder rechtwinkeliger Absätze können hergestellt werden, ¨ Ebene Flächen.

¨ Nuten geringer Tiefe und großer Tiefe können mit geradverzahnten oder mit kreuzverzahnten Scheibenfräser gefertigt werden.

¨ Mit Scheibenfräsern geringere Schnittbreite(Trennflächen) können Substance getrennt werden.

Ø T-Nutenfräser (Abb.2.13):

Nutenfräser dienen der Herstellung von Nuten that is speziell und daher Formfräser.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:

¨ Sie sind gerad-, kreuz- oder pfeilverzahnt.

¨ Sie haben Umfangsschneiden und an jeder Stirnseite Schneiden.

¨ Drei Flächen werden gleichzeitig erzeugt.

¨ Sie ermöglichen eine hohe Produktivität.

¨ Nutenfräser werden von einem Fräsdorn aufgenommen.

Abbildung 2.13 T-Nutenfräser [10]

Anwendungsgebiete:

¨ Einsetzen auf Waagrecht- und Senkrecht- ist möglich that is Fräsmaschinen.

¨ Rechtwinkeliger Absätze werden.

¨ Nuten großer Tiefe mit kreuzverzahnten Nutenfräser können gefertigt werden.

¨ Aller metallischen Werkstoffe können verarbeitet werden.

2.3 Bauformen und die wichtigsten Ausführungsarten(Typen) von Fräsmaschinen

Die Fräsmaschinen werden nach folgenden Kriterien gebaut:

Ø Die Lage der Hauptspindel: senkrechte oder schwenkbare Spindel, waagerechte.

Ø Der konstruktive Aufbau des Gestells (Bett, Konsole, Website).

Ø Die Art und die Anordnung des Tisches (Werkstückträger).Große, schwere Werkstücke werden auf Maschinen bearbeitet, die die Vorschubbewegungen durch das Werkzeug ausführen lässt. Kleinere Werkstücke werden mit Vorschubbewegungen des Tisches bei fester Lage der Arbeitsspindel bearbeitet, wenn keine anderen Forderungen dagegen sprechen.

Ø Die Zuordnung der Bewegungsachsen.

Ø Die Lage der Bewegungsachsen.

Ø Die Art der Steuerung: von Palm, verschiedene Kopiersteuerung, NC-Steuerung. [4][5]

Wegen der Vielfältigkeit der Einsatzvarianten gibt es viele unterschiedliche Bauarten von Fräsmaschinen.

Je nach Bauformen unterteilt guy die Fräsmaschinen üblicherweise nach:

¨ Bettfräsmaschinen

¨ Konsolfräsmaschinen (Waagrecht- und Senkrech-Konsolfräsmaschinen)

¨ Langfräsmaschinen.

¨ Portalfräsmaschinen.

¨ Ständerfräsmaschinen.

¨ Kreuztischfräsmaschinen.

¨ Bohr- und Fräsmaschinen.

¨ HSC (High speed-Cutting) Fräsmaschinen.

¨ Sonderfräsmaschinen z.B. Gewindefräsmaschinen oder Wälzfräsmaschinen.

3 Konstruktiver Aufbau der Fräsmaschinen

Die Fräsmaschinen werden aus unterschiedlichen Gesichtspunkten wie z.B. Nach konstruktiven Merkmalen bestimmten Einsatzmöglichkeiten oder nach Steuerungsart that is unterschieden benannt.

3.1 Bettfräsmaschinen

Die Benennung von Bettfräsmaschinen führt nach dem Maschinenbett das sich die Maschine aufbaut. Mit dieser Bauweise bleibt die Höhenlage des Aufspanntisches und damit des. Dagegen sind die Konsolfräsmaschinen, bei der die Höhenlage des Tisches veränderlich ist.

Die Bettfräsmaschinen werden bei der Bearbeitung schwerer Werkstücke bei unveränderlicher Höhenlage des Aufspanntisches eingesetzt.

Bauweisen der Bettfräsmaschinen:

Der Aufbau der oft kann den Beanspruchungen des Anwenders that is modular angepasst werden.

Bettfräsmaschinen setzen sich meistens aus einem Unterteil und einem Ständer und aus einer Querführung. Der Ständer wird mit dem holiday verschraubt. In der Vertikalführung ist entweder eine Horizontalfräseinheit oder eine Vertikalfräseinheit in vertikaler Richtung angeordnet. Die Querführung wird Grundstell getragen. Auf der Querführung ist ein Kreuzschlitten, auf dem gleitet. [1]

Eine schematische Darstellung der Bettfräsmaschine dargestellt.

Je nach Anordnung der Hauptspindel unterteilt guy die Fräsmaschinen üblicherweise nach Vertikal- und Horizontalfräsmaschinen. Die meisten Bettfräsmaschinen können wahlweise mit Fräseinheiten der einen oder anderen Art ausgeschaltet werden und bieten darüber hinaus Kombinationsmöglichkeiten.

Vertikal-Bettfräsmaschinen (siehe Abb.3.2)

Die Querbewegung wird von der Fräseinheit ausgeführt. Resultieren der große Querweg und die.

Vertikal - und Querführung sind auf Zug und Druck belastet.

¨ Längsführung cap tragende Funktion.

¨ Linearführung mit Rollenumlaufeinheiten.

¨ Vertikalfräskopf manuell schwenkbar +/- 90°.[26]

Outside- Vertikal-Bettfräsmaschine (siehe Abb.3.3)

¨ Hohe Motorleistung mit geregelten AC-Motoren.

¨ Spindelaufnahme.

¨ Hydromechanischer Werkzeugeinzug.

¨ Hydraulischer Gewichtsausgleich für die Vertikalbewegung.

¨ Hintere Bettstützung.

¨ Hohe Zerspannleistung [26]

Abbildung 3.3 Outside- Vertikal- Bettfräsmaschine (Reckermann)[26]

Universal-Bettfräsmaschine (siehe Abb.3.4)

Die Universalfräsmaschinen besitzen gegenüber der waagrecht- Fräsmaschine einen schwenkbaren oder austauschbaren Fräskopf. Auf Universalfräsmaschinen können neben dem waagrecht-, senkrecht- und Winkelfräsen auch mit Hilfe eines Teilapparates z.B. Werden is gefrästed by Schraubennuten in Drehkörper. Sie werden bei der Bearbeitung Werkstücke mit Fräs that is viele - und Bohrbearbeitung im Werkzeug- und Formenbau sowie in der Einzelproduktion eingesetzt. [14]

Die Bewegungen der drei Koordinatenrichtung (x z) bei den Bettfräsmaschinen auf Tisch, Ständer und Fräseinheit aufgeteilt, das eine oder zwei Achsen, das Werkzeug übernimmt eine, zwei oder drei Achsen.

¨ Tisch führt Längsbewegung aus.

¨ Ständer führt Querbewegung aus.

¨ Fräseinheit führt Vertikalbewegung aus.

Nach der Achsenzuordnung unterteilt guy die Bettfräsmaschinen nach:

a) Kreuztisch-Fräsmaschine, mit einer Werkzeug- und zwei Werkstückachsen (Abb.3.5-a).

b) Tisch-Fräsmaschine, mit zwei Werkzeug- und einer Werkstückachse mit starrem Ständer (Abb.3.5-b).

c) Tisch-Fräsmaschine, mit zwei Werkzeug- und einer Werkstückachse mit querverfahrbarem Ständer (Abb.3.5-c).

d) Starrtisch-Fräsmaschine mit drei Werkzeugachsen mit längsverfahrbarem Ständer (Abb.3.5-d).

e) Starrtisch-Fräsmaschine mit drei Werkzeugachsen mit querverfahrbarem Stände (Abb.3.5-e).[6]

d) e)

a) Kreuztisch-Fräsmaschine, mit einer Werkzeug- und zwei Werkstückachsen.

b) Tisch-Fräsmaschine, mit zwei Werkzeug- und einer Werkstückachse mit starrem Ständer

c) Tisch-Fräsmaschine, mit zwei Werkzeug- und einer mit querverfahrbarem Ständer.

d) Starrtisch-Fräsmaschine mit drei Werkzeugachsen mit längsverfahrbarem Ständer.

e) Starrtisch-Fräsmaschine mit drei Werkzeugachsen mit querverfahrbarem Ständer.

3.1.1 Kreuztischfräsmaschinen

Bei der Kreuztischbauweise führt der Kreuztisch, der den breiten Bewegungen in den zwei Bearbeitungsebenen aus, Führungsbahnen des Bettes liegt. Der Frässchlitten übernimmt die Zustellung. Dadurch ergibt sich eine statische und dynamische Steifigkeit. [14]

In Abb. 3.6 ist CNC- Kreuztisch- Fräsmaschine dargestellt. Sie wird mit dem CNC-Rundtisch und mit einem CNC-gesteuerten Fräskopf ausgerüstet. Als Änderung wird diese Maschine mit Längstisch und einem festen Fräskopf ausgeführt. [6]

3.1.2 Tischfräsmaschinen

Bei der Tischbauweise führt die werkzeugtragende Baugruppen (meist der Ständer) zwei Vorschubbewegungen auf das Bett aus. Am Ständer gleitet der Spindelstockträger in. Der Spindelstock führt eine horizontale Bewegung aus. Über zwei Ketten oder Stahlseile mit dem Spindelstockträger ist ein Gegengewicht, das die Masse, die im inneren des Ständers befindet und dient zur Entlassung der Führungen, verbunden, ausgleicht. [14]

In ist eine Tisch-Fräsmaschine mit starrem Ständer dargestellt.

1.Ständer 2.Fräseinheit 3.Universalfräskopf 4.Antriebsmotor 5.Arbeitstisch 6.Adapter 7.Trommelmagazin 8.Doppelgreifer 9.Steuertableau 10.Steuerschrank Abbildung 3.7 Tisch- Fräsmaschine mit starrem Ständer (Kekeisen) [6]

„Die senkrechte Bewegung in der Z-Achse übernimmt den Ständer 1 geführten Kreuzschlitten. Die Querbewegung in der B-Achse übernimmt die Fräseinheit 2 mit dem Universalfräskopf 3, der um die zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Achsen A D drehbar ist. Diese zwei Drehungen des Fräskopfes und voneinander unabhängig“ (Patent der Firme Kekeisen)[6]

3.1.3 Fahrständer Bettfräsmaschinen

Sie haben als Gestell ein Maschinenbett in T-förmiger Bauweise. Der Fahrständer ist eine kastenförmige Gussausführung hoher Stabilität. Der Werkzeugträger bewegt sich an dem Fahrständer.

Bauweisen der Fahrständer-Bettfräsmaschine:

Ein geschlossener Fahrständer mit einem Universalfräskopf wird auf dem Maschinenbett verfahren, so dass zwei Bewegungsachsen dem Werkzeug zugeordnet sind. Durch dreh- oder schwenkbare Tischausführungen kann das Werkstück neben dem Verfahren der dritten Achse zusätzliche NC-Achsen erhalten.[5]

Maschine eignet sich hervorragend für die 4- Bearbeitung von sehr großen und sperrigen Teilen that is seiten. Der ruhende Tisch ermöglicht es auch Werkstücke mit hohem Gewicht oder mit Übergröße stets gleich bleibender Dynamik zu bearbeiten. Das Podest ist der Bediener jederzeit dicht am Ort des Geschehens. Die völlige Trennung zwischen Bett und Tisch erlaubt es Erfordernissen abzuändern z.B. als Plattenfeld oder mit Absetzung für einen Rundtisch“. [29]

3.2 Portalfräsmaschinen

Die Benennung von Portalfräsmaschinen führt nach dem Website, das durch die Ausführung des Fräskopfes an einem Querbalken zwischen zwei Ständer gebildet wird.

In Abb. 3.10 ist eine schematische Darstellung der Portalfräsmaschine dargestellt

„Der Ständer 1 dieser Maschine ist in Portalbauweise ausgeführt. Er besteht aus dem Maschinenfuß und dem angeschraubten Querhaupt, an welchem ein Kreuzsupport 2 entlang der B- Achse. Der Spindelkasten 3 wird auf dem Kreuzsupport längs der Z-Achse geführt. Der Tisch 5 sich auf dem feststehenden Bett in X-Richtung. Der Gabelfräskopf 4 ist um A-, W- und D-Achse schwenkbar. Der Schaltschrank 7 mit allen Anschlüssen für die elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Versorgungen des Spindelkastens befindet sich über dem Spindelkasten. Die Vorschubantriebe werden durch die Servomotoren 6 angetrieben. Die Steuerung 8 ist mit einem Handhabungsgerät zum Positionieren 9 ausgerüstet“. [11]

3.2.2 Portalfräsmaschinen in Gantry Bauweise

Als Gantry-Antrieb bezeichnet man eine Werkzeugmaschine, bei der sich ein Bewegungssystem einer geometrischen Achse speziell bewegt. Dabei wird der Maschine bewegt oder bei einer Portalbauform wie einer Portalfräsmaschine wird beider Ständer zugleich bewegt. [19]

In der Gantry Bauweise wird das Werkstück auf einem starren Tisch und drei Bewegungsachsen that is gespannt werden dem Maschinenportal zugeordnet. Diese Ausführung cap den Vorteil, dass die Maschine nur noch sein muss that is lang, wie das längste zu bearbeitende Werkstück bzw. die Aufspannplatte. [5]

Die Abb.3.12 zeigt den schematischen Aufbau von Portalfräsmaschine in Gantry Bauweise

3.3 Konsolfräsmaschinen

Konsolfräsmaschinen werden infolge ihres relativ niedrigen Preises und ihrer großen Universalität und Flexibilität bei der Bearbeitung kleiner bis mittelgroßer Werkstücke sowie zur Werkzeugfertigung und für den Werkstattbetrieb bevorzugt obwohl sie wegen ihrer geringeren Steifigkeit, in Bauweisen eingesetzt zunehmend von stabileren Systemen verdrängt werden. Je nach Anordnung der Hauptspindel unterteilt guy die Konsolfräsmaschinen üblicherweise nach waagrechten, senkrechten und kombinierten Konsolfräsmaschinen.

Bauweisen der Konsolfräsmaschine:

Die Konsolfräsmaschinen bestehen aus einem Ständer mit gegossener Grundplatte, einem Ausleger, einem Kreuzschlitten, der die Führung für den in der X-Achse verfahrbarem Längstisch trägt und die Querbewegung in der B-Achse ausführt und aus einer Konsole für die Vertikalbewegung in der Z-Achse (siehe Abb.3.17).Die Maschine eignet sich für allgemeine Fräsarbeiten.

Die Abb.3.16 zeigt schematische Darstellungen für eine senkrechte und eine kombinierte Konsolfräsmaschine that is waagerechte.

D)Kombinierte Konsolfräsmaschine

Die Fräsdorngegenlagen werden bei den waagrechten Konsolfräsmaschinen auf dem verschiebbaren Ausleger aufgenommen aber bei den senkrechten und bei den kombinierten Konsolfräsmaschinen werden die schwenkbaren Fräskopfe auf dem Ausleger aufgenommen. [11]

Die Fräsköpfe können bei den senkrechten Konsolfräsmaschinen um eine horizontale Achse drehen, so dass die Spindel auch in eine Lage gebracht werden können.

Dargestellt.

Die waagerechte Konsolfräsmaschine besitzt einen Hauptantrieb für die Hauptspindel. Die Konsolmaschine besitzen zwei Hauptantriebe: Hauptantrieb für die Hauptspindel und Hauptantrieb für die Hauptspindel.

Die zeigt die perspektivische Darstellung einer modernen kombinierten Konsolfräsmaschine.

Die Hauptspindel INCH und 2 im schwenkbaren Fräskopf 3 gelagert. Der Fräskopf 3 ist auf dem Ausleger 4 aufgenommen. Im schwenkt um +/-90°. Die Konsole 5 bewegt sich senkrecht auf den Führungen des Ständers 6 in der Z-Achse, der Kreuzschlitten 7 bewegt sich quer auf den Führungen der Konsole in der B-Achse, der Längstisch 8 bewegt sich längst auf den Führungen des Kreuzschlittens in der X-Achse.[6]

Die Sonderfräsmaschinen werden beim Fräsen Aufgaben entweder der Sort und der Flugzeugteile u.a, Art der Werkstücke, wie Turbinenteile Kurbelwellen. oder aus technologischen Gründen am wirtschaftlichsten als speziell gestaltete Fräsmaschinen konzipiert. Gibt es z.B. Kopierfräsmaschinen, Wälzfräsmaschinen zur Herstellung von Zahnrädern, Gewindefräsmaschinen, Kurbelwellenfräsmaschinen, Nutenfräsmaschinen, Plattenfräsmaschinen.

3.4.1 Kopierfräsmaschinen

Für die Bearbeitungsverfahren wurden die Vorschub- und Verfahrwege bei den bisher beschriebenen Maschinen entweder von Palm oder automatisch (NC-Programm) vorgegeben. Es gibt noch eine Technik, die im Großwerkzeug- und Formenbau mit seinen komplizierten räumlich gekrümmten Flächen angewendet wird. Diese Technik bezeichnet man sie als Kopiertechnik, bei der die zu erstellende mit einem Taster von einem Modell abgegriffen wird. Die Auslenkung des Tasters wird dabei.

Kopierfräsmaschinen gibt es mit waagerechter und senkrechter Spindel. Die Senkrecht- Fräsmaschinen stehen im Grundkonzept als Ausleger- und Portalfräsmaschinen zur Verfügung. Fühler und Werkzeug liegen auf verschiedenen Seiten des Auslegers. Andere Lösungen sehen den Einsatz von verfahrbaren Ständern, separaten oder mehrspindligen Systemen that is Fühlermaschinen vor. Die steigenden Zerspanleistungen setzt eine Maschine mit hoher statischer und dynamischer Steifigkeit voraus, die nur ein Konzept mit einem geschlossenen Kraftfluß bietet.

Diese Gründe führen zum verstärkten Einsatz von Portalfräsmaschinen. Dennoch wird den vermehrten Einsatz von CAD/CAM -Systemen und den damit verbundenen Möglichkeiten zur modellunabhängigen Geometriebeschreibung die Bedeutung der Kopiertechnik abnehmen. [14]

Dargestellt.

Abbildung 3.19 Kopierfräsmaschine [15]

3.4.2 Wälzfräsmaschinen zur Herstellung von Zahnrädern

Bei diesen Maschinen (Abb.3.20) können Stirnräder, Schneckenräder und Kegelräder gefräst werden. Für die Konstruktion der Maschine sind neben der bekannten Steifigkeit vor allem die kinematischen Vorgänge des Verfahrens maßgebend. Das bedeutet für den Antrieb eine Verkettung verschiedener Bewegungen. Zunächst arbeiten Werkzeug und Werkstück wie ein Schneckentrieb zusammen. Sondern zerspant wird, Da aber nicht gekämmt, muss eine der Zähnezahl des herzustellenden Zahnrades entsprechende Übersetzung zwischen Hauptspindel und Werkstückspindel einstellbar sein. Ferner ist der Fräskopf auf dem Frässchlitten schwenkbar, damit der Wälzfräser um seinen Steigungswinkel zur Vorschubrichtung verstellt werden kann that are schräg. [14]

3.4.3 Gewindefräsmaschinen

Sie gibt es für Kurzgewinde und für Langgewinde. Die für Kurzgewinde zur Werkstückachse und für Langgewinde um den Steigungswinkel schräg geneigt ist that is dazu.

Ø Langgewindefräsmaschinen:

Der Aufbau einer Langgewindefräsmaschine ist dem einer Spitzendrehbank weil das Werkstück diese Bedingung stellt that is ähnlich. Aber auch hier wird von der Werkstückspindel nur der langsame Rundvorschub erzeugt. Der Frässchlitten wird wie ein Assistance einer Drehmaschine über Wechselräder und Leitspindel von der Werkstückspindel angetrieben. Außer der eingangs erläuterten Schrägstellung der Frässpindel ist der verschiedene Gewindedurchmesser und Gewindetiefen querbeweglich. Mit dem scheibenförmigen Profilfräser können Rechts- und Linksgewinde gefräst werden. Dabei ist Gleichlauf - und Gegenlauffräsen möglich. Zum Fräsen von Innengewinde muss das Werkstück natürlich fliegend werden. Allerdings ist ein kritischer Punkt zu beachten.

Die Spindel des Innengewindefräsapparates verhindert, dass sehr lange Gewinde fräsbar sind diese Länge somit vom Gewindedurchmesser stomach that is hängt.

Ø Kreuzgewindefräsmaschinen:

Kreuzgewindefräsmaschinen haben einen Spindelstock fliegend eingespannte Werkstück that is das mit dem Rundvorschub antreibt. Auf diese auch der Fräserdurchmesser that is werden entsprechend klein ist.

Man kann diesen Fräsen mit dem Wälzfräser für Zahnräder vergleichen. Jedoch sind die Schneiden nicht schraubenförmig wie auf einer Rundzahnstange that is angeordnet, dessen Zahnabstand der Gewindesteigung entspricht.

Die Frässpindel muss neben der hohen Schnittdrehzahl einen Pinolenvorschub zwar während einer Werkstückumdrehung um eine Steigungshöhe that is erzeugen. Gleichzeitig fährt die Frässpindel auf einem Querschlitten radial in das Werkstück, bis nach etwa 1/6 Umdrehungen des Werkstückes die Schnitttiefe ist. Dann wird mit konstanter Schnitttiefe bis das Gewinde wegen Schnittauslaufs etwa 5/4 Umdrehungen der Werkstückspindel fertig ist. Der Querschnitt kann wieder herausfahren. [14]

4 Bohr und Fräswerke

Die Bohr- und Fräswerke werden für die vier- und Bearbeitung mittelgroßer und großer Werkstücke in einer Aufspannung konzipiert. Die Bohr- und Fräswerke werden in der Bauweise der Tisch- Fräsmaschinen. mit einer Werkstückachse(X-Achse) und mit zwei Werkzeugachsen (B, Z-Achse) gebaut. Hier unterscheidet man in den meisten Fällen zwischen zwei Bauformen:

¨ Mit querverfahrbarem Ständer (siehe Abb.4.1)

¨ Mit starren Ständer (siehe Abb.4.2)

¨ Mit starren Tisch (siehe Abb.4.3)

1 Tisch 2 Spindelstock 3 Ständer 4 Bohrspindel

Abbildung 4.1 CNC-Waagrecht Bohr- und Fräswerk mit querverfahrbarem Ständer (Kekeisen)[12]

Das in Abb.4.1 dargestellte CNC-Waagerecht Bohr- und Fräswerk mit querverfahrbaren Ständer ist mit einem NC-Rundtisch und mit einem Werkzeugwechsler mit Magazingrößen von 30 bis 100 Plätzen auch für die Aufnahme großer Werkzeuge ausgestattet. Bei großer Werkzeuganzahl ist das Kettenmagazin als Doppelschleife vorgesehen. Die Bestückung erfolgt stets von der Rückseite her. Der Werkzeugwechsler und das Magazin sind an der linken Seite der Maschine angebracht.

Abbildung 4.2 Bohr- und Fräswerk mit starrem Ständer [11]

Der Common- Fräs- und Bohrkopf in Verbindung mit dem Rundtisch ermöglicht eine fünfseitige Bearbeitung und das Fräsen von schrägen.

Die Bohr- und Fräswerke werden grundsätzlich mit längsverfahrbarem Frästisch oder mit längsverfahrbarem Rundtisch ausgestattet. Programm an Zusatzeinrichtungen ermöglichen die Anpassung an das jeweilige Teilspektrum is vielfäligesed by Der modulare und ein.

Abbildung 4.3 schematische Darstellung des Bohr- und Fräswerkes mit starren Tisch [11]

Bei schweren Werkstücken werden Bohr- und Fräswerke mit starren Tisch und drei Werkzeugachsen vorteilhaft eingesetzt. [11]

5 Bearbeitungszentren von Fräsmaschinen

Bearbeitungszentren sind gesteuerte Werkzeugmaschinen zum Bohren und Fräsen, die mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung in Verbindung mit einem Werkzeugmagazin und einem Drehtisch für die Rundumbearbeitung ausgerüstet sind. In einer Aufspannung des verschiedene Fräs -und durchgeführt that is Bohroperation. [21]

Bearbeitungszentren gehören zu den NC-Universalmaschinen, die durch sehr hohe Flexibilität und relativ geringe Produktivität auszeichnen. Die Flexibilität wird als Möglichkeit der Anpassung der Maschine an zu bearbeitenden Werkstücke definiert. Die Produktivität wird durch die jährliche Stückzahl der hergestellten Werkstücke definiert. Anforderungen, die a Bearbeitungszentren gestellt werden that is moderne, sind vielfältig, die wichtigsten sind. [1]

Für Fräsbearbeitung werden die Bearbeitungszentren nach der Anordnung der Hauptspindel in horizontale Bearbeitungszentren (HBZ) und vertikale Bearbeitungszentren (VBZ), Achsenzuordnung, Bauweise der Grundmaschine, Anordnung des Werkzeugwechsels, und nach der Anordnung des Werkzeugmagazins eingeteilt. Wesentliche Merkmale sind Werkzeugwechsler, Werkzeugspeicher und Werkstückwechselsysteme für die hauptzeitparallele Bestückung mit Werkstücken [5].

5.1 Outside-Bearbeitungszentren

Outside-Bearbeitungszentren(HBZ) mit waagrecht angeordneter Arbeitsspindel unterscheiden sich in der Bauweise durch die Zuordnung der Achsen auf das Werkzeug oder auf das Werkstück und durch die Gestellbauweise. HBZ haben prinzipiell größere Werkstückspeicher als Vertikal-Bearbeitungszentren(VBZ). Werkstückwechselsysteme sind bei den HBZ Standard. Im Großserieneinsatz reduzieren sich dadurch die Produktionsnebenzeiten [5s.521]

In schematisch eine Bauform als Gantry-Maschine mit allen Achsen im Werkzeug. Das Werkstück befindet sich auf einem Tisch, der als ausgelegt ist.

Abbildung 5.2 Bearbeitungszentrum mit horizontaler Hauptspindel, seitlich geführtem Spindelstock und querverfahrbarem Ständer (Wotan) [6]

Der seitlich geführte Spindelstock INCH mit waagerechter Hauptspindel 2 bewegt sich am Maschinenständer 3 in der senkrechten B-Achse. Der Maschinenständer 3 bewegt sich quer mit dem Ständerschlitten 4 in der Z-Achse, der Maschinentisch 5, der auf einem Rundtisch aufgebaut wird, übernimmt die Bewegung in der X-Achse. Die in der Pinole 6 hydrostatisch Hauptspindel bewegt sich in der T-Achse.

Ständerbett 7 und Tischbett 8. Zum Werkzeugwechsel entnimmt der am Zubringer 9 drehbare Doppelgreifer 10 das Werkzeug aus dem Kettenmagazin 11.Das Kettenmagazin kann bis zu 60 Werkzeuge aufnehmen. Der Doppelgreifer schwenkt um 180° das neue Werkzeug wird der Hauptspindel und das gebrauchte Werkzeug dem Kettenmagazin übergeben. Da das Werkzeugmagazin am Maschinenständer und der Zubringer am Spindelstock befestigt ist der Werkzeugwechsel in jeder Stellung des Ständers und des Spindelstockes möglich. Nachteil diese Konzeption ist, dass die beweglichen Teile der Maschine nicht mit zusätzlichen Gewichten belastet werden dürfen. Durch schwenkbare Bedienpult 12 kann der manuelle und der automatische Betrieb gesteuert werden.[6 s.732]

Zu den Einsatzgebieten gehören Fertigungsaufgaben in der Mittel- und Großserienfertigung in den Branchen Flugzeugbau, Automobilindustrie, Pneumatik- und Medizintechnik und in deren Zulieferunternehmen.[5 s 523]

5.2 Vertikal-Bearbeitungszentren

Vertikal- Bearbeitungszentren(VBZ) haben als neues Konzept die oben liegende Gantry- Bauweise mit allen 3 Bewegungsachsen im Werkzeug. Die Führungen befinden sich auf stabilen Seitenständern. Der typische Antrieb auf beiden Seiten des Querträgers als B-Achsenantrieb ist vorhanden. Das Werkstück wird auf einem Starrtisch aufgespannt. Als Grundkörper wird ein starres Bett in Kastenbauweise eingesetzt, auf dem Ständer und der Tisch befestigt werden that is die.

Eine schematisch Darstellung dieser Bauweise.

Abbildung 5.4 Bearbeitungszentrum mit vertikaler Hauptspindel, front geführtem Spindelstock, starrem Tisch und querverfahrbarem Ständer (Chiron) []

Dieses Bearbeitungszentrum ist zum Bohren, Reiben, Gewinden und Fräsen konzipiert. Maschinen mit starren Tisch und drei Werkzeugachsen werden wenn der Tisch durch schwere Werkstücke belastet wird.

Der Spindelstock INCH mit senkrechter Hauptspindel 2 bewegt sich am Maschinenständer 3 in der Z-Achse. Der Maschinenständer verfährt auf einem Kreuzschlitten quer in der B-Achse, das Teil des Kreuzschlittens übernimmt die Bewegungen in der X-Längsachse. Auf dem Maschinenbett 4 wird der starre Arbeitstisch 5 mit den Spannvorrichtungen 6 aufgebaut. Der Werkzeugwechsler die um die Hauptspindel angeordnet sind. Jeder Magazinplatz verfügt über einen separaten Greifarm 8. Das schwenkbare Bedienpult 9 ist mit einem Bildschirm und einer Maschinensteuertafel ausgerüstet. Der Elektroschrank ist weiter hinten an den Maschinen angebaut. Der Späneförderer 10 befindet sich unter die Tischkante.

5.3 Mehrspindelbearbeitungszentren

Dort wirtschaftlich einsetzbar that is Sind, wo die bzw. Gesamtstückzahlen der zu fertigenden Werkstücke für die Bearbeitung auf einspindligen Bearbeitungszentren zu groß sind. Für den Einsatz von Mehrspindelbearbeitungszentren sprechen im Vergleich einer entsprechenden Anzahl von Einspindelmaschinen folgende Vorteile:

¨ niedrigere Gesamtbeschaffungskosten,

¨ niedrigere Betriebskosten da keiner Anzahl der CNC-Achsen,

¨ geringer Platzbedarf gegenüber 2 einspindeligen Maschinen,

¨ geringer Personalbedarf,

¨ kurze Auftragsdurchlaufzeiten,

¨ kürzerer Werkzeugwechsel,

¨ kürzerer Werkstückwechsel.

In Abb.5.5 ist ein Zweispindel-Bearbeitungszentrum mit horizontalen Hauptspindel, seitlich geführten Spindelstock und längsverfahrbarem Ständer dargestellt.

Der aus der Bearbeitungseinheit INCH und dem Kreuzschlittenteil 2 besteht, Der Kreuzschlitten am Ständer 3 in der senkrechten B-Achse geführt.

Die Bearbeitungseinheit wird am Kreuzschlittenteil in der Z-Achse geführt. Der Fahrständer bewegt in der X-Achse.

Der auf dem Plattenrundtisch 4 Aufspannturm 5 acht Werkstücke that is befestigte 6 aufnehmen. Auf dem Schwenktisch 7 befinden sich zwei Rundtische.

Die outside liegenden Arbeitsspindeln bearbeiten. In einer Spannlage des Werkstückes können 3 bearbeitet werden, d.h. in einer Stellung des Aufspannturmes werden sechs Werkstücke an den der Arbeitsspindel zugewandten Seiten bearbeitet[11 s.134]

Der Plattenrundtisch kann um die E-Achse 4 x 90° oder 360 x 1° schwenken. Nach der Bearbeitung aller acht Werkstücke eines Aufspannturmes wird ein Werkzeugwechsel eingeleitet. Das Werkzeugmagazin 8 ist als Trommelmagazin mit48 Werkzeugplätzen ausgeführt. Das Magazin ist um eine zur Z- drehbar is paralleled by Achse. Der Werkzeugwechsel findet nach pick up-Verfahren statt. Die Bearbeitungseinheit durch die Bewegungen in drei Achsen zum Magazin geführt. Die Hauptspindeln legen die gebrauchten Werkzeuge in das Magazin stomach und nehmen die neuen Werkzeuge aus dem Magazin auf. Das Werkzeugmagazin führt dabei die Bewegung aus that is drehende.

Nach der Bearbeitung aller acht Werkstücke in einer Spannlage wird durch Drehung des Schwenktisches um die N- . Während der Bearbeitung der Werkstücke auf zweiten Aufspannturm werden die Aufspannplatten des ersten mit neuen Werkstücken manuell bestückt. Der Bediener ist durch eine Trennwand zwischen den beiden aufspanntürmen vor spänen geschützt, die über den Späneförderer 9 entsorgt werden

6 Hauptspindel der Fräsmaschinen

Die Arbeitsspindel(Hauptspindel) ist das wichtigste Maschinenelement einer modernen

Werkzeugmaschinen. Von ihrer Führungsgenauigkeit ist die Herstellgenauigkeit abhängig.

Als Hauptspindel bei spanender Werkzeugmaschinen die letzte Welle des Hauptantriebes bezeichnet. Sie realisieren die Schnittbewegung und stellen das Schnittmoment für die Bearbeitung bereit. Sie nehmen die bei der Zerspanung entstehen Kräfte(Zerspannungskräfte) und Momente auf. Sie stehen. zu deren Aufnehmen. Führen that is Hauptspindel ausschließlich rotatorische Schnittbewegungen aus, deren quantitative Bewegung durch die Schnittgeschwindigkeit erfolgt. Qualitative Merkmale ergeben sich aus ihrer Reaktion auf dynamische und thermische Belastungen. [3][4][5][6]

Die Hauptspindel müssen folgende Anforderungen erfüllen:

Bei Drehmaschinen die Werkstücke, bei Bohr-, Fräs- und Schleifmaschinen die Werkzeuge mit großer Genauigkeit aufzunehmen und geometrisch zu fixieren.

Hohe Fertigungsgenauigkeit der Hauptspindel.

Und dynamische Steifigkeit des Spindel-Beer-Methods.

Einteilung der Hauptspindel:

Eine Einteilung erfolgt nach:

Ø Werkzeugtragenden Hauptspindeln: u.a that is sind. für Bohr- und Fräsmaschinen typisch

Ø Werkstücktragenden Hauptspindeln: sind bei Drehmaschinen prominent.

Eine weitere Einteilung bildet die Art der Lagerung (siehe Abb.6.1):

¨ Wälzlagerung

¨ Hydrostatische Gleitlagerung

¨ Hydrodynamische Gleitlagerung

¨ Aerostatische Lagerung

¨ Magnetlagerung

Über 95PERCENT aller Werkzeugmaschinen- Hauptspindeln sind aus folgenden Gründen wälzgelagert:

¨ Für jeden Betriebsfall, d.h. für jede Kraft,Drehzahl und für jede Genauigkeitsanforderung gibt es geeignete Wälzlager

¨ Genormte Abmessungen

¨ Ruhiger Lauf

¨ Geringer Schmiermittelbedarf

¨ Hoher Wirkungsgrad.

Nachteile sind die geringere und ruckendes that is Schwingungsdämpfung Gleiten bei niedrigen Drehzahlen.

Abbildung 6.1 Einteilung der Hauptspindel nach der Kontaktart in der Lagerung [4]

Die Hauptspindel wird hinsichtlich der zu realisierenden Steifigkeit und Genauigkeit dimensionieren. Eine Durchmesserabstufung vom Spindelflansch in Richtung Nebenlager hat sich der Montage bewährt. Ausgangspunkt der Auslegung ist oft das Festlegen der Aufnahmeflächen für Werkstück- oder Werkzeugadapter. [4]

Als Spindelwerkstoffe werden überwiegend verfügbare eingesetzt that is Stähle, die aufgrund ihres hohen E-Moduls und der erreichbaren Verschleißfestigkeit bewährt haben. Die Anwendungen von Verbundwerkstoffen(glasfaserverstärkte Kunststoffe) und Guss (Grauguss mit Kugelgraphit) sind bisher Einzelfällen vorbehalten

Für den Antrieb der Hauptspindeln (siehe Abb.6.2) gibt es als prinzipielle Lösungen:

Bedroom Direktantrieb (Hauptspindel ist gleichzeitig Rotor) (siehe Abb.6.3)

Dieser Antrieb weist folgende Merkmale auf:

¨ Die Leistungs- Drehmomenten- Kennlinie des Engines wird unverändert zur Spindel

Und damit für die bereitgestellt.

¨ Die Zugänglichkeit zur Spindel für die Betätigung der Werkzeugspannung oder für das Zuführen von Stangenmaterial bei Drehmaschinen durch diese Anordnung des Engines verbaut. Hohlwellenmotoren schaffen hierfür Alternativen.

Bedroom Indirekten Antrieb (siehe Abb.6.3)

Zwischen dem Generator und der Spindel liegt eine Getriebestufe mit Konstantübersetzung (Abb.6.4).Konstruktiv wird dies durch einen Riementrieb (Keil- oder Zahnriemen) gelöst. Nicht schaltbare Zahnradübersetzung ist diese Variante that is eine ebenfalls möglich.

Dieser Antrieb ist durch:

¨ Verschiebung der Leistungs- Drehmomenten- Kennlinie des Engines entsprechend der Übersetzung des Anpasstriebs ohne Aufweitung (Abb.6.5). Im Regelfall wird dieser entspricht beim Engine der Nenndrehzahl, der Knickpunkt, zu Drehzahlen verschoben.

¨ Möglichkeit der Anpassung des Bereichs konstanter Leistung an die Erfordernisse der Bearbeitung (Nutzung). Im Regelfall Herabsetzung, allerdings ist diese mit einer Veränderung, der verbunden.

¨ Zugangsmöglichkeit zum Spindelinneren für die Betätigung der Werkzeugspannung oder die Zufuhr von Stangenmaterial.

¨ Wahlmöglichkeit für die räumliche Einordnung des Engines in der Antriebeinheit.

Abbildung 6.5 Verschiebung der Leistungskennlinie an der Arbeitsspindel [3]

Bei der Wälz-Lagerung unterscheidet man die Prinzipien:

Ø Holiday-Loslager-Prinzip (siehe Abb.6.6)

Ø Angestellte Lagerung (siehe Abb.6.7)

Die Klassische Holiday-Loslagerung gestaltet die Lagerstelle als Festlager, die als loslager.

Abbildung 6.6 Holiday-Loslager-Prinzip einer Bohrmaschinenhauptspindel(nach FAG schweinfurt [5])

An der vorderen Lagerstelle werden zur Aufnahme der radialen (zweireihigen Zylinderrollenlager) und axialen Belastung (zweireihiges Axial- Schrägkugellager) getrennte Lagerarten eingesetzt. Lassen sich die und radiale Steifigkeit stomach aufeinander abstimmen und insgesamt eine günstige Laststeife erzielen.

Einbauraum und Drehzahlhöchstwert werden allerdings beeinflusst. Die hintere Lagerung mittels eines ebenfalls zweireihigen Zylinderrollenlagers fungiert durch die fehlende Lagerbordausführung am Außenring als Loslager.([5] s.217)

Bei der angestellten Lagerung werden bestimmte Lagerausführungen (Kegelrollen- und Schrägkugellager) beim Einbau gegeneinander angestellt. Befinden sich beide an der vorderen und hinteren Lagerstelle, ist eine Trennung in Holiday- und Loslager nicht gegeben (Abb.6.6 & Abb.6.7)

Die beiden Beer werden durch ihre axiale Verspannung bei der Montage angestellt. Jedes der beiden Beer kann axiale Betriebskräfte in unterschiedlichen Richtungen aufnehmen.

7 Entwicklungen, Forschungsthemen und Forschungstrends

Und auch in Zukunft werden ein Großteil der HSC- da sich ihrer ausgewogenen Eigenschaften bezüglich Konstruktions, sein - und Integrationsaufwand, Drehzahleignung Verlustleistung und Preis gegenüber anderen Lagerungsprinzipien hervorheben. Für die üblicherweise in HSC-Spindeln eingesetzten Schrägkugellager bedeutet dies einen Betrieb bei Drehzahlkennwerten von d x dm = 2,5 x 106 mm und darüber. Die Leistungsfähigkeit konventioneller Spindel-Beer-Systeme wird ausgereizt. Um bei diesen Anforderungen störungsfreien Betrieb der Lagerung garantieren that is einen zu bedarf es eines Höchstmaßes a know how bei der Auslegung von Spindel-Beer- Systemen Präzision bei der Fertigung.

„Entwicklung schnell laufender, wälzgelagerter Hauptspindeln für Werkzeugmaschinen“ [22]

Die Hauptspindel ist eine Schlüsselkomponente der Werkzeugmaschine. Sie stellt die Schnittstelle zwischen Werkstück und Werkzeugmaschine dar und leitet die zur Bearbeitung notwendige Schnittenergie in das Werkstück ein.

Ziel des FWF-Projektes "Entwicklung wälzgelagerter Hauptspindeln für Werkzeugmaschinen that is schnelllaufender " ist es Spindel-Beer-Systeme an Drehzahlen anzupassen und Empfehlungen zu erarbeiten, wie diese Systeme und deren Peripherie gestaltet sein müssen. Dazu werden innerhalb dieses Projektes unterschiedliche Forschungsschwerpunkte verfolgt:

¨ Getrennte Untersuchung des dynamischen Einflusses der Lagerung und der Spindel- Maschinen-Schnittstelle auf das Betriebsverhalten von Motorspindeln.

¨ Erprobung von Lagern mit 3 Wälzkontakten für den Einsatz in der Hauptspindel

¨ Optimierung der Öl-Luft Schmierung von Zylinderrollenlagern

¨ Fettschmierung von Zylinderrollenlagern

¨ Fettschmierung von Spindellagern

„Gestaltungsvarianten für Spindellager zur Steigerung der erreichbaren Drehzahlen“[22]

Bei der Fräsbearbeitung von Bauteilen werden die Zerspanleistung und die Bearbeitungsgenauigkeit in entscheidendem Maße von der verfügbaren Spindelleistung und ihrem Betriebsverhalten beeinflusst. Dies hängt wiederum von den Eigenschaften der eingesetzten Spindellager und ihren Einbaubedingungen in der Spindel stomach.

Ziel dieses DFG-Projekts ist die Untersuchung der Berechnungs- und Optimierungsansätze verschiedener Spindellagerkonzepte beispielsweise konventioneller Spindellager mit modifizierter Geometrie oder Mehrpunkt.

„Integrierte Simulation des Techniques "Werkzeugmaschine - Antriebe - Zerspanprozess" auf der Grundlage ordnungsreduzierter FEM-Strukturmodelle“ [23]

Die Zielsetzung des Projekts besteht in der Realisierung eines Konzepts zur Simulation und Optimierung von Werkzeugmaschinen unter industriellen Effektivitäts- und Effizienzgesichtspunkten. Dazu zählt die Automatisierung der Modellreduktion, um eine effiziente Simulation im Zeitbereich zu gewährleisten, die FEM-Modellierung elektromechanischer Voschubantriebssysteme durch Entwicklung eines parametrischen Modellierungskonzepts und die Berücksichtigung von Prozesskräften.

„Adaptronik für Werkzeugmaschinen“ [23]

Obwohl die Vorteile aktiver Schwingungsdämpfung auf der Hand liegen, findet eine industrielle Anwendung an Werkzeugmaschinen kaum statt. Ein wesentlicher Grund hierfür liegt. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsvorhabens wird daher eine ganzheitliche Simulationsmethodik zur anforderungsgerechten Konstruktion aktiver Dämpfungssysteme an Werkzeugmaschinen entwickelt.

„Eco-Effective Machine Resources in the shape of revolutionary bulk and power wants decrease (EcoFit)”[24]

Das Hauptziel von EcoFit ist eine Reduzierung der Masse von Werkzeugmaschinen that is drastische. Dadurch wird eine Verringerung der Leistungsaufnahme dieser neuartigen Maschinen erreicht.

EcoFit may einen radikalen neuen Ansatz zur Entwicklung industriell eingesetzter Maschinen entwickeln. Durch einen Wandel in der Denkweise weg von den bisher entwickelten steifen und massiven Maschinen hin zu Maschinen. Kann eine umweltschonendere und effizientere Produktion ermöglicht werden.

Bisherige Ansätze zur Energieeinsparung bei Produktionsmaschinen umfassen die Nutzung von Antrieben mit der Möglichkeit zur Energierückspeisung oder neuartige hocheffiziente Elektromotoren. In diesem Zusammenhang wird jedoch das Thema Leichtbauweise bisher noch nicht betrachtet. Dabei hat eine auf Leichtbau optimierte Maschine mehrere Vorteile. Durch die Reduktion von bewegten Massen sich zum Einen Energieeffizienz der Maschine und zum Anderen Lebensdauer von Maschinenteilen durch geringere Belastung erreichen. Zudem vermindern die ebenfalls verkleinerten Trägheitskräfte das Verletzungsrisiko bei Unfällen. Nachteilig sich die verkleinerte Gesamtmasse auf das Systemverhalten aus. Die Steifigkeit ist durch die vermindert, wodurch die zu einer erhöhten Schwinganfälligkeit neigt. Müssen Methoden angewendet werden, um diesem Umstand entgegenzuwirken, welche die Schwingungen des Techniques durch Dämpfung unterdrücken, Schwingungen isolieren oder Schwingungen komplett vermeiden.

In EcoFit wird somit die bisher mechanisch realisierte Steifigkeit einer Maschine durch die so genannte mechatronische Steifigkeit ersetzt. Die dafür benötigten Hilfsmittel umfassen online-Simulation der Leichtbaumaschine, steuerungstechnisch realisierte Anregungsvermeidung, revolutionary Regelungskonzepte und neuartige Indicator- und Aktorsysteme (Optische Sensoren, Piezo-Elemente).

Die im Projekt gewonnen Erkenntnisse werden anhand eines Maschinenprototyps umgesetzt und validiert.

„Mechatronik-Simulation von Werkzeugmaschinen“ [23]

Im Rahmen dieses Kooperationsprojektes sollen die entscheidenden Effekte der Parallelbearbeitung an einem Dreh-Fräszentrum erforscht werden. Es sollen die Grenzen der dynamischen Belastbarkeit und deren Ursachen that is untersucht analysiert werden. Die Firma EMCO gemeinsam mit dem iwb umfangreiches Wissen in der Parallelbearbeitung aufbauen. Anhand der Ergebnisse sollen Vorschläge erarbeitet werden, um die Belastbarkeit und somit die Produktivität und die zu verbessern that is Bearbeitungsgenauigkeit.

„Strukturbasierte Modellierung des für die Stabilität des Zerspanprozesses relevanten drehzahlabhängigen Übertragungsverhaltens eines Spindel/Werkzeug-Systems“ [25]

Im ersten Projektzeitraum wurde eine Modellierungs- und Parametrierungsstrategie für die Abbildung des drehzahlabhängigen Übertragungsverhaltens eines Spindel/Werkzeug-Methods entwickelt. Dabei wurde ein elastisches MKS-Modell verwendet, welches durch eine Kopplung mit einem Prozesskraftmodell die Berechnung von Ratterkarten durch Simulationen im Zeitbereich zulässt. Ziel der Fortsetzung ist es - und Parametrierungsstrategie geeignete drehzahlabhängige zu mit eine zeiteffiziente Berechnung von Ratterkarten that is Ersatzbeschreibung durch analytische/teilanalytische Verfahren möglich wird.

„Simulationsgestützter Entwurf und anwendungsbezogene Optimierung aktiv magnetisch gelagerter elastischer WZM-Motorspindeln mit nichtlinearer Systemdynamik“ [25]

Zur Unterstützung des Entwurfs und der Bewertung des Gesamtsystems „aktiv magnetisch in Anwendungsfällen, in ein nichtlineares.

Für die Komponenten und Verhaltensbereiche elastischer Spindelkörper, Magnetlager Hauptantriebsmotor nichtlineare that is sowie Regler und Beobachter wurden verknüpfbare und im Zeitbereich simulierbare Modelle und zugehörige Parametrierungsvorschriften und mit Messungen an realen Spindel abgeglichen.

Anhang

Literaturverzeichnis

[1] (Hrsg.), K.-T. D. (2006). Taschenbuch der Werkzeugmaschinen. München,Wien: Carl Hanser Verlag.

FRANKEN. (2004). Handbuch der Gewindetechnik und Frästechnik (Anwendungen. Tipps. Tabellen). Erlangen: Publicis Corporate Publishing.

Fritz. & Schulze, H., H. (. (2007). Fertigungstechnik. Heidelberg: Springerverlag.

Hirsch. (2000). Werkzeugmaschinen Grundlagen Lehr- und Übungsbuch. Braunschweig / Wiesbaden: Friedr. Vieweg Verlag.

T, Perovic. (Dezember 2001). Steuerungen und Bauformen, Bauarten spanender Werkzeugmaschinen Steifigkeiten. Renningen: Expert Verlag.

T, Perovic. (2006). Auslegung und Konstruktion, Handbuch Werkzeugmaschinen Berrechnung. München,Wien: Carl Hanser Verlag.

T, Perovic. (2009). Spanende Werkzeugmaschinen Ausführungsformen und Vergleichstabellen. Berlin Heidelberg: Springer.

Prof.Dr.-Ing.Abele. (WS0809). Skript zur Vorlesung Werkzeugmaschinen und Industrieroboter. Darmstadt: Technische Universität Darmstadt.

Schönherr. (2002). Spanende Fertigung. München: Oldenbourg Verlag.

Tschätsch. (2003). Werkzeugmaschinen der spanlosen und spanenden Formgebung. Dresden: Carl Hanser Verlag.

Brecher, & Weck, M., D. (2005). Werkzeugmaschinen Maschinenarten und Anwendungsbereiche. Heidelberg: Springerverlag.

www.uni-Postdam.de Remain 12/2009. (kein Datum).

[21] www.reckermann-fräsmaschinen.de Remain 12/2009.

[22] www.emag.com Stay 12/2009

[23]