„Werkzeugmaschine“ – Versionsunterschied

Der Begriff Werkzeugmaschine leitet sich aus 'Werkzeug' und 'Maschine' her. Er bezeichnet nach diesem Verständnis alle Maschinen, die zur Bearbeitung von Werkstücken mit Werkzeugen dienen. In der Praxis werden aber nur umformende, trennende (d.h. zerteilende, spanende und abtragende) und fügende Maschinen als Werkzeugmaschinen bezeichnet. Dazu gibt es die Normen DIN 8580 ff (Verfahren) und DIN 65 651 Teil 1 (Werkzeugmaschinen für die Metallbearbeitung) die inhaltlich aufeinander Bezug nehmen.

Zur Formgebung des Werkstücks erzeugt die Werkzeugmaschine eine Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück. Hierbei unterscheidet man zwischen der Hauptbewegung (bei spanenden Maschinen die „Schnittbewegung“, z.B. die Drehung der Spindel) und der Vorschub- bzw. Zustellbewegung, die der Drehbewegung überlagert ist und eine kontinuierliche Bearbeitung (z.B. Spanabnahme) erlaubt.

Es werden im allgemeinen umformende und trennende (d.h. im wesentlichen: zerteilende, spanende und abtragende) sowie fügende Werkzeugmaschinen u.a. im Maschinenbau und im Werkzeugbau eingesetzt.

Umformende Maschinen dienen in der Regel der Bearbeitung von Metallen, wie z.B. Stahl oder Aluminium und von Kunststoffen, zerteilende und spanende Werkzeugmaschinen dienen darüber hinaus auch der Bearbeitung anderer Werkstoffe, wie z.B. Holz. Zu den abtragenden Werkzeugmaschinen zählen z.B. Erodiermaschinen und Laserbearbeitungsmaschinen. Die Erodiermaschine benötigt für die Bearbeitung ein Werkzeug aus einem guten Leiter wie Kupfer oder Graphit, beim Laser-Verfahren dient ein gebündelter Lichtstrahl als Werkzeug.

Die Bearbeitungsgenauigkeit (Präzision) spanender Werkzeugmaschinen liegt, je nach Maschinenart, im Bereich von 1 mm bis 1/1000 mm. Ultrapräzisionsmaschinen erreichen Genauigkeiten von weniger als 1/1.000.000 mm (z.B. für die Bearbeitung von Laseroptiken).

Interessant dabei ist es, das es sich bei der historischen Entwicklung von hochpräzissen Maschinen um ein Henne-Ei-Problem handelt, denn die Teile einer Werkzeugmaschine müssen ungefähr 5mal so genau gefertigt sein wie die Genauigkeit der Teile die man auf der Maschine fertigen will. Nur mit welcher Maschine fertigt diese Teile?

Für die umformende und spanende Bearbeitung werden überwiegend Hochleistungs-Bearbeitungswerkzeuge benötigt. Damit diese den hohen Anforderungen genügen, bestehen sie heute meistens aus beschichtetem oder unbeschichtetem Hartmetall, Cermet, Keramik, Diamant oder Bornitrid (CBN).

Baugruppen von Werkzeugmaschinen

Gestell/Fundament

Das Gestell nimmt die Prozeßkräfte auf und trägt die anderen Bauelemente. Typische sind Stahlguß- ,Stahlschweiß- und Mineralguß (vergleichbar mit Beton) Ausführungen. Als Formen gibt es für kleinere Maschinen die Tisch- und Konsolgestellformen. Für schwerere Maschinen kommen die Bettausführungen in offener(Ständer-) oder geschlossener (Gantry-) Weise Bauweise in Frage. Bei großen umformenden Maschinen sind spezielle Fundamente notwendig, um auch die stoßartigen Belastungen in den Untergrund abzuleiten.

Führungen

Führungen dienen zur exakten Fixierung auf einen Freiheitsgrad der Bewegung. Dabei gibt es hydrostatische, hydrodynamische, aerostatische und Wälzführung in translativer oder rotativer Ausführung. Dabei setzen sich in letzter Zeit immer mehr die von Zuliefern stammenden Führungsschienen und Wälzkörperführungselemente gegenüber den Eigenlösungen der Werkzeugmaschinenhersteller durch.

Antrieb

Zu den Antriebseinheiten zählen der Hauptantrieb und die Vorschubantriebe. Beim Hauptantrieb besteht die klassische Variante aus einem Elektromotor, einem Getriebe, einer Sicherheitskupplung (im einfachsten Fall ein Keilriemen der im Notfall durchrutscht)und dann beim Drehen und Fräsen der Welle als Träger des Werzeuges bzw. Werkstückes. Neuere Varianten benutzen oft Direktantriebe bei dem der Rotor des Elektromotors direkt auf der Welle sitzt (Motorspindel). Aufgrund der großen Leistung der Antriebe ist es wichtig die Verlustwärme gezielt abzuführen um es nicht durch die Wärmeausdehnung des Gestells zu Ungenauigkeiten in der Fertigung kommen zu lassen. Bei umformenden MAschinen kommen neben mechanischen Getrieben (Kniehebelpressen) auch hydraulische Anlagen zur Bereitstellung der enormen Umformkräfte zum Einsatz.

Früher wurde die Vorschubbewegung über ein Getriebe vom Hauptantrieb abgeleitet. Heutige Vorschubantriebe bestehen im allgemeinen aus einem CNC gesteuerten Elektromotor, einem Kugelgewindetrieb und einem Meßsystem zur Positionsbestimmung der beweglichen Gestellelementen (Maschinenschlitten, -tisch oder -ständer). Ohne die Ungenauigkeiten der mechanischen Übertragungselemente und mit einer höheren Dynamik sind moderne Lineare Direktantriebe auf dem Vormarsch.

Steuerung

siehe Computerized Numerical Control

Maschineneinhausung und Sicherheitseinrichtungen

Um den Benutzer vor der entstehenden Lärmbelastung und vor herum fliegenden Teilen (z.B: wenn im Unglücksfall in Drehmeißel abbricht) zu schützen gibt es die Maschineneinhausung. Andere Maschinen sind durch Lichtschranken geschützt. So machen Pressen einen Notstop wenn der Benutz aus versehen in die Presse greift.

Eigenschaften von Werkzeugmaschinen

Neben den die Wirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen beeinflußenden Eigenschaften wie Leistung, Verfahrgeschwindigkeit, Werkzeugwechselzeit u.s.w. gibt es auch die Qualität des zufertigenden Produktes beeinflußende Eigenschaften.

Kinematik

serielle Kinematik

Klassischer, serieller Aufbau der einzelnen Maschinenvorschubbewegungen aufeinander. Beispiel: der große Maschinenständer bewegt die Pinole, an der Spitze der Pinole hängt dann ein kleiner Schwenkkopf als Träger des Fräswerkzeuges.

Parallelkinematik

ähnlich der Bewegungsmechanik eines in allen Richtungen freibeweglichen Flugsimulators arbeiten alle Vorschubantriebe in Parallelschaltung gleichzeitig miteinander um die gewünschte Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug zu erzeugen.

Ordnung nach steigendem Automatisierungsgrad

• Einekonvenzionelle Werkzeugmaschine erzeugt die Schnitt- und die Vorschubbewegung
• Ein Automat steuert die Vorschubbewegung z.B. über Kurvenscheiben. (unflexibel)
• Eine CNC-Werkzeugmaschine vollführt einen automatischen Arbeitszyklus. Bei einem manuell eingespannten Werkstück. Der Werkzeugwechsel wird meist automatisch durchgeführt.
• Ein Bearbeitungszentrum integriert im allgemeinen zusätzlich den Werkstückwechsel und das Werkzeugkontrollsystem.
• Die Flexible Fertigungszelle umfaßt als Mehrmaschinensystem einen größeren Werkstückspeicher und z.T. integrierte Meßeinrichtungen.
• Flexible Fertigungssysteme besitzen eine Maschinenübergreifenden automatischen Werkstückfluß mit Fertigungssteuerung.

Arten von Werkzeugmaschinen

Arten von umformenden und trennenden Werkzeugmaschinen

• Schlagscheren
• Biegemaschine
• Presse

Arten von spanenden Werkzeugmaschinen

• Drehmaschine
  • Universaldrehmaschine (Leit- und Zugspindeldrehmaschine, CNC-Universaldrehmaschine)
  • Revolverdrehmaschine (Ein- und Mehrfachrevolverdrehmaschinen)
  • Drehautomat (Ein- und Mehrspindeldrehautomat, Langdrehautomat)
  • Nachformdrehmaschine
  • Karusselldrehmaschine
  • Frontdrehmaschine
  • Plandrehmaschine
  • Feindrehmaschine, Ultrapräzisions-Drehmaschine
  • Drehzelle
  • Sonderdrehmaschinen

• Bohrmaschine
  • Tischbohrmaschine
  • Ständerbohrmaschine
  • Säulenbohrmaschine
  • Reihenbohrmaschine
  • Radialbohrmaschine
  • Koordinatenbohrmaschine (Einständer-,Portal-,CNC-)
  • Feinbohrmaschine
  • Bohrwerk (Lehrenbohrwerk)
  • Tiefbohrmaschine
  • Revolverbohrmaschine
  • Mehrspindelbohrmaschine
  • Sonderbohrmaschine (Plattenbohrwerk, Rohrbodenbohrmaschine, Leiterplattenbohrmaschine)

• Fräsmaschine
  • Konsol- und Universalfräsmaschine (horizontal, vertikal)
  • Bettfräsmaschine (horizontal, vertikal, Kreuztisch, Fahrständer)
  • Langfräsmaschine (Einständer-, Portalbauweise)
  • Mehrspindelfräsmaschine
  • Fräswerk
  • Werkzeugfräsmaschine
  • Sonderfräsmaschine (Kurbelwellenfräsmaschine, Nutenfräsmaschine, Walzenbarrenfräsmaschine, Plattenfräsmaschine)
  • CNC-Bearbeitungszentrum
  • HSC-Fräsmaschine (High-Speed-Cutting)

• Hobelmaschine, Stoßmaschine

• Räummaschine
  • Innenräummaschine
  • Außenräummaschine
  • Kettenräummaschine
  • Schraub- und Rundräummaschine
  • Sonderräummaschine

• Sägemaschine
  • Kreissägemaschine
  • Bandsägemaschine
  • Hubsägemaschine (Bügelsägemaschine, Stichsägemaschine, Gattersäge)
  • Formsäge
  • Sondersäge

• Feil-, Bürst-, Schabmaschine

• Schleifmaschine
  • Flach- und Profilschleifmaschine
  • Rundschleifmaschine (Außenrundschleifmaschine, Innenrundschleifmaschine)
  • Wälzschleifmaschine
  • Bandschleifmaschine
  • Sonderschleifmaschine (Kurbel- und Nockenwellenschleifmaschine, Walzen-schleifmaschine, Werkzeugschleifmaschine, Keilwellenschleifmaschine)
  • Koordinatenschleifmaschine
  • Kombinierte Schleifmaschine (z.B. zum Drehen und Schleifen)

• Läppmaschine

• Honmaschine

Arten von abtragenden Werkzeugmaschinen:

• Erodiermaschine
  • Senkerodiermaschine
  • Drahterodiermaschine

• Laserbearbeitungsmaschine

Die Werkzeugmaschinen können von Hand oder automatisch mit Robotern beschickt werden (beladen mit Werkstücken). Zur genauen Positionierung und Befestigung der Werkstücke auf dem Maschinentisch dient bei automatisierten Maschinen ein Palettiersystem. Ebenso können die Bearbeitungswerkzeuge von Hand oder mit Hilfe eines Werkzeugwechslers automatisch in die Werkzeugaufnahme eingesetzt werden.

Siehe auch: Liste der Werkzeugmaschinen