Referat Werkzeugmaschinen - Bohrmaschinen, Bohr- und Fräswerke, NC - Bohrwerke (siehe Blatt 9: 3- und 4- Achsen Bohrwerk)

Werkzeugmaschinen

I.       Bohrmaschinen

Alle Bohrmaschinen haben zwei gemeinsame Konstruktionsmerkmale:

ein Spindelkopf mit senkrechter Bohrspindel, die das Werkzeug aufnimmt und die Vorschubbewegung ausführt (z - Achse)

ein Maschinentisch, auf dem das Werkstück aufgespannt und in den x- und y- Achsen unter der Bohrspindel positioniert wird -> der Bohrdruck ist also senkrecht auf den Maschinentisch gerichtet.

Der kinematische Unterschied zwischen Bohren und Fräsen:

Beim Bohren erfolgt der Vorschub in Richtung der Bohrspindel und beim Fräsen senkrecht zur Frässpindelachse.

Bautypen:

a)           Einspindelbohrmaschine

b)           Mehrspindelbohrmaschine

c)           Revolverbohrmaschine

zu a): Zu den Einspindelbohrmaschinen gehören folgende Teile: siehe dazu Bilder 4.37, 38, 39, 40

Die Ständerbohrmaschine 4.37 weist ein senkrechtes Gestell auf. Auf ihm ist die gesamte Antriebseinheit stammt Motor, Haupt- und Vorschubgetriebe und Bohrspindel in der Höhe verstellbar. Auch der Werkstücktisch ist in der Regel höhenverstellbar. Der Spindelantrieb kleinerer Maschinen erfolgt über Riementrieb, bei den größeren Maschinen über Schaltgetriebe (zur Zeit überwiegend stufenlos).

Die Säulenbohrmaschine ist im Prinzip der Ständerbauart ähnlich, ein Unterschied besteht im säulenförmigen Gestell. Die Antriebseinheit inklusive Bohrspindel kann auch fest montiert sein, dann ist aber der Tisch nicht nur höhenverstellbar sondern auch seitlich herausschwenkbar.

Bild 4.38 Schwenkbohrmaschine: geeignet für sperrige Werkstücke; ist eigentlich eine besondere Art einer Säulenbohrmaschine. Der höhenverstellbare Ausleger führt eine Antriebseinheit mit senkrechter Bohrspindel. Dadurch können viele Bohrarbeiten in einer Aufspannung ausgeführt werden. Die größten Schwenkbohrmaschinen haben eine Ausladung von über 4 m.

Kraftangriffsverhältnisse: Bild 4.37 Blatt 7

zu b): Dazu gehören z. B. die Reihenbohrmaschine und die Gelenkspindelbohrmaschine (Bild 4.40). Solche Bohrmaschinen sind für wirtschaftliche Fertigung von großen Serien gedacht. Die Reihenbohrmaschine besteht aus mehreren Antriebseinheiten, die auf einem gemeinsamen Gestell angeordnet sind. Mit der Gelenkspindelbohrmaschine lässt sich ein umfangreiches Bohrbild erzeugen. Sie hat nur einen Antriebsmotor und einen gemeinsamen Vorschub aller Bohrspindeln.

Die Konstruktion einer Bohrspindel ist durch die gleichzeitige Lagerung in einer Vorschubspindel gekennzeichnet. Um die Spindelverdrehung möglichst klein zu halten kann man nach dem linken Bild 4.39 den Spindelantrieb nach unten verlegen. Dann liegt aber der Vorschubantrieb sehr hoch, was aber eine höhere Knickbeanspruchung der Spindel zu Folge hat. Deswegen ist es besser den Schnittantrieb nach oben zu verlegen und dafür eine gegen Verdrehung steife Bohrspindel zu konstruieren (Bild 4.39 rechts). Dadurch ist unten auch Platz für den Vorschubantrieb mittels Zahnstangenantrieb.

zu c): Die Revolverbohrmaschine hat als speziellen Typ einer Ständerbohrmaschine einen Sternrevolver, meistens für 6 Werkzeuge (Bild 4.41). Der Werkzeugrevolver kann mittels Malteserkreuz um seine waagrechte Achse geschwenkt werden. Angetrieben wird aber nur die jeweils senkrechte Bohrspindel.

NC - Bohrmaschinen (Blatt 8 und 9):

Die einfachste NC - Bohrmaschine verfügt über einen numerisch gesteuerten Koordinatentisch, die Bohrtiefe wird überwiegend durch mechanische Anschläge oder Nockenleisten voreingestellt. Eine weitere Ausbaustufe ist der automatische Werkzeugwechsel. Voraussetzung: programmierbare Auswahl der Spindeldrehzahl und des Vorschubes (Anpassung an die Schnittbewegungen).

II.            Bohr- und Fräswerke:

Abspanverfahren - Möglichkeiten:

a)           Bohren mit Wendelbohrer, Senker, Reiben, Gewindeschneider bzw. Bohren mit Bohrstange

b)           Fräsverfahren als Walzenfräsen und Stirnfräsen

c)           Drehverfahren mit Drehmeißel, als rotierende Relativbewegung zwischen Werkstück und Werkzeug (Drehen ist auch möglich bei einem ruhenden Werkstück, wenn dazu das Werkzeug die drehende Hauptbewegung macht.

Ausführung (Bild 4.42 Blatt 8):
Eine waagrechte Hauptspindel wird sowohl mit einer Planscheibe als auch mit einer Bohrspindel um ihre gemeinsame Drehachse ausgerüstet. Die gesamte Antriebseinheit (Spindelkasten) befindet sich an einem Ständer und ist höhenbeweglich. Weiters braucht man ein großes Bett und einen verschiebbaren Setzstock. Er hat die Aufgabe in einem höhenverstellbaren Lager eine Bohrstange aufnehmen. Zwischen dem festen und beweglichen Teil auf dem Bett befindet sich ein Werkstückschlitten mit Längsvorschub. Dieser trägt noch einen Schlitten für Quervorschub (häufig um eine senkrechte Achse noch drehbar). Diese Konstruktion wird als Tischbohrwerk bezeichnet.

Es gibt noch das sogenannte Plattenbohrwerk: Dieses hat eine feste Aufspannplatte, auf der große Werkstücke bearbeitet werden können. Der Ständer ist dann auf einem eigenen Bett senkrecht zur Spindelachse verschiebbar.

Hauptbewegungen: Bohrspindel alleine
Planscheibe alleine
beide Spindeln gemeinsam mit gleicher oder unterschiedlicher Drehzahl

Vorschubbewegungen Bohrspindel axial
Schlitten längs quer und drehend
Spindelkasten vertikal

Dazu kommt noch die Möglichkeit eines Radialvorschubes durch einen sogenannten Planschieber in der Planscheibe.

III.          NC - Bohrwerke (siehe Blatt 9: 3- und 4- Achsen Bohrwerk):

Merkmale:

a)           meist sehr große Maschinen

b)           mit horizontaler Hauptspindel

c)           Werkstücke entsprechend groß und lassen keinen automatischen Werkstückwechsel zu

Entwicklung: Im Laufe der Zeit wurden auch die großen Werkstücke komplizierter, die Bearbeitung vielfältiger und die Steuerung billiger.

unverzichtbare Funktionen:

a)           Ausfräsen von Bohrungen

b)           Gewindefräsen

c)           Messzyklen für den Einsatz schaltender Messtaster

d)           "teach in" - komplette Bohrbilder mit Spiegelfunktionen (z. B. Lochkreisbohrung am Gehäuse und dazu gehörendem Deckel)

e)           Programmierung mit Simulation der Bearbeitung an der Maschine

Schlussfolgerung

wichtig ist die einfache Bedienung der Steuerung wie z. B. ein laufendes Programm unterbrechen und zu einem späteren Zeitpunkt wieder fortsetzen zu können oder zum Austausch verbrauchter Werkzeuge inklusive Werkzeugkorrekturwerte

erhöhte Flexibilität lässt sich durch folgende Erweiterungen erreichen:

a)           Werkzeugmagazine mit vollautomatischen Wechsel

b)           austauschbare Zusatzköpfe zum z. B. Plandrehen und Gewindewirbeln

c)           dreh- und verschiebbare Aufspanntische

IV.        Fräsmaschinen (siehe Blatt 10, 11, 13):

Aufteilung (Blatt 10):

Konsolfräsmaschine Bild 4.43

Ständerfräsmaschine Bild 4.45

zu 1): Das Kennzeichen der Konsolfräsmaschine ist die im Gestell nicht verschiebbare Frässpindel. Diese Standardtypen sind als Waagrechtfräsmaschinen (Bild 4.43) vorwiegend für das Walzenfräsen und als Senkrechtfräsmaschine für das Stirnfräsen eingerichtet. Mit dem C - förmigen Rahmen hat man hier eine nicht sehr steife Konstruktion (Spindelbelastung). Der Schlitten von Konsolfräsmaschinen ist in allen drei Koordinaten beweglich, weil er alle Vorschub- und Zustellbewegungen übernehmen muss.

Universalfräsmaschine: Sie hat gegenüber der waagrecht - Fräsmaschine einen schwenkbaren oder austauschbaren Fräskopf. Insgesamt können auf solchen Maschinen neben dem Waagrecht-, Senkrecht- und Winkelfräsen auch mit Hilfe eines Teilapparates z. B. Schraubennuten in Drehkörper gefräst werden. Diese Maschine ist mit vielstufigen Haupt- und Vorschubgetrieben ausgerüstet. Die geradlinige Bewegung wird von einem Gewindespindeltrieb erzeugt. Ein mechanischer Vorschubantrieb erfolgt meistens über eine ausziehbare Gelenkwelle oder eine Keilwelle vom Hauptmotor. Sehr zweckmäßig ist auch ein hydromechanischer Antrieb. Man bleibt bei den Gewindespindeln für den Schlittenantrieb. Diese werden über einen Hydromotor angetrieben. Über verstellbare Hydropumpen werden dazu stufenlose Vorschübe erreicht.

Spindeltrieb mit Spielausgleich (Bild 4.44):

Die Spielbeseitigung ist ein besonderes Anliegen im Vorschubantrieb (besonders Gleichlauffräsen). Wenn das Translationselement keine Spielausgleich besitzt, sollte nur das Gegenlauffräsen (gilt auch für Bohr- und Fräswerke) angewendet werden.

zu Bild 4.44: wenn man die Mutter in zwei halbe Muttern teilt, teilt man auch die Flankenbelastung. Die rechte Mutterhälfte wird bei Linksvorschub und die linke Mutterhälfte bei Rechtsvorschub belastet. Einen spielfreien Spindelbetrieb kann man durch folgende Maßnahmen erreichen:

a)           Federkraft

b)           keilförmige Scheibe

c)           Verwendung von mehreren Flachscheiben kombiniert mit Fertigung auf Istmaß

Durch solche Maßnahmen kann man zwar nicht das Kräftespiel, aber wenigstens das Bewegungsspiel mindern. Die Verstellung kann man auch durch Hydraulik gut den Schnittbedingungen anpassen.

zu 2): Das Kennzeichen ist hier der am Maschinengestell verschiebbare Frässchlitten. Die Universalfräsmaschine entspricht etwa der Konsolfräsmaschine. Auch hier gibt es Ausführungen mit waagrechten oder senkrechten Frässpindeln:

Planfräsmaschine: hat eine waagrechte Frässpindel welche in einer Zustellpinole axial verschiebbar ist.
Langfräsmaschine: gibt es in verschiedenen Bauformen, manchmal mit mehreren Frässchlitten. Diese können senkrecht, waagrecht oder in beiden Richtungen verstellt werden. Diese Maschinen werden nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzt.
Anwendungsbeispiel: Bearbeitung von langen Teilen wie z. B. Führungen, Träger für Portalbauten, usw.

Bild 4.45: zeigt eine Einständerausführung mit einer senkrecht verschiebbaren Fräseinheit und einer mit Ausleger waagrecht und senkrecht verschiebbaren Fräseinheit ausgerüstet sind.
Andere Varianten zeigen Zweiständerausführungen, die als Portalmaschinen mit einem Querbalken bestückt werden.

V.           NC - Fräsmaschinen:

Bis zu mittleren Baugrößen ist die Trennlinie zwischen Fräsmaschinen und Bearbeitungszentren fast nicht mehr erkennbar (es werden die gleichen Automatisierungskomponenten wie z. B. Werkzeugmagazin mit Wechselgreifer verwendet).

Fräsmaschinen - Ausführungsformen:

Man unterscheidet entsprechend der Lage der Frässpindel nach:

Horizontalfräsmaschine, -> Ständerbauweise bzw.

Vertikalfräsmaschinen sogenannte Portal- oder Gantry- Maschinen (Blatt 11 und 13)

Die Fräsmaschinen werden heute überwiegend mit Bahnsteuerungen in mindestens 3 bis 5 Achsen ausgerüstet und mit räumlicher Interpolation in allen Achsen.
Beispielhafte 5- achsige Fräsmaschine: können heutzutage z. B. "die Spitze" eines Werkzeuges an jeden beliebigen Punkt des Werkstückes positionieren bzw. auf der Oberfläche entlang fahren und dabei jeden gewünschten Winkel zur Werkstückoberfläche einhalten.

Portalfräsmaschinen mit verfahrbarem Portal werden bevorzugt wenn folgende Bedingungen zu beachten sind:

a)           Werkstück: flache und/oder lange Bauteile, manchmal mit 3D- Fläche

b)           Bedienung: bequeme Bedienung durch mitfahrenden Bedienungsstand

c)           Anwendung: z. B. bei der Fertigung von Flugzeugteilen

VI.        Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSC - Bearbeitung):

Anwendungsbereiche:

Fräsen

Bohren

Gewindeschneiden

zu 1): Blatt 23

zu Bild 1: Die HSC - Bearbeitung lässt sich nicht als absolute Größe an eine bestimmte Schnittgeschwindigkeit festbinden sondern ist verfahrens- und werkstoffabhängig zu beurteilen. Allgemein definiert man als Hochgeschwindigkeit den Bereich, der die praktizierten Schnittdaten deutlich übersteigt und dabei auch an die Grenzen der Maschine oder der Zerspanungswerkzeuge stößt.

HSC - Bearbeitung - Zusammenfassung:

Die HSC - Bearbeitung stellt hohe Anforderungen an die Bearbeitungsmaschine

Um stark erhöhte Schnittgeschwindigkeiten realisieren zu können sind bei kleinen Werkzeugdurchmessern sehr hohe Spindeldrehzahlen die wichtigste Voraussetzung.

Die daraus resultierenden hohen Vorschubgeschwindigkeiten und Beschleunigungen erfordern dynamische Antriebseinheiten bzw. besonders stabile Werkzeugmaschinen. Die Schnittgeschwindigkeit beim HSC - Fräsen liegt deutlich über 1000m/min und beim Gewindebohren zur Zeit ab 50m/min.

Schneidstoffe:

Für die HSC - Bearbeitung sind ergänzend zur Werkzeugmaschine vor allem vom Zerspanungswerkzeug spezielle Kriterien zu erfüllen:
Der Schneidstoff muss hochwarmfest und zugleich sehr zäh sein. Beim Bohren sind bei den meisten HSC - Bearbeitungsfällen Feinstkorn - Hartmetalle als Schneidstoff im Einsatz. Diese ermöglichen eine positive Schneidkantengeometrie mit großem Span- und Freiwinkel (Eigenschaften, die sich in reduzierten Schnittkräften und Zerspanungstemperaturen auswirken). Beim Gewindebohren wird diese Forderung am besten pulvermetallurgisch hergestellten Schnellstahl wie zum Beispiel HSS-E-PM. Zur Leistungssteigerung wurden bei der HSC - Bearbeitung auf den Bearbeitungsfall abgestimmte Hochleistungsbeschichtungen verwendet. Die Beschichtung trennt Werkzeug und Werkstück, reduziert die Reibung in der Spanungszone und führt zu einer thermischen Isolation des Schneidstoffes.
Beim Bohren wird häufig Titannitrit (TIN) angewendet, eine zusätzliche Leistungssteigerung lässt sich bei gewissen Werkstoffen noch mit einer Titan - Aluminium - Nitrit - Beschichtung erzielen (sogenannte Multilayerschicht aus mehreren Lagen, zum Beispiel Titanaluminium + Titannitrit). Diese Beschichtung hat eine hohe Warmfestigkeit, eine große thermische Stabilität sowie eine sehr niedrige Wärmeleitfähigkeit und schützt den Schneidstoff am besten vor Überhitzung.
Beim HSC - Gewindebohren stehen die thermischen Eigenschaften der Schicht weniger im Vordergrund (aufgrund der niedrigeren Schnittgeschwindigkeiten), hier sind optimale Reibungsverhältnisse gefordert. Diese sind am besten zu realisieren mit einer Titannitrit - bzw. Titancarbonnitrit - Multilayer - Beschichtung.

HSC - Bohren - Werkzeuge:

Auf Maschinen mit Hochdruckinnenkühlung werden bevorzugt geradegenutete Vollhartmetallbohrer verwendet. Die besondere Konstruktion dieser Werkzeuge gewährleistet eine hohe Bearbeitungsqualität, auch bei hoher Bearbeitungstiefe. Die Späne werden aufgrund des hohen Kühlschmiermitteldruckes aus der Bohrung gespült. Weil diese geradegenuteten Bohrer diese Späne nicht selbständig aus der Bohrung fördern können, ist eine Innenkühlschmierung unbedingt notwendig.

a)           geradegenutete Hochleistungsbohrer mit vier Führungsfasen und innerer Kühlung:

b)           Drallgenutete HSC - Hartmetallbohrer mit innerer Kühlschmiermittelzufuhr (für eine Bohrtiefe bis etwa 5 mal Durchmesser):

c)           Dreischneidiger Bohrsenker für HSC - Bearbeitung mit konventioneller äußerer Kühlschmiermittelzufuhr (Bohrtiefe bis ~ 5 mal Durchmesser):

Standzeitverhalten von Standard - Gewindebohrern - und für die HSC - Bearbeitung ausgelegter Gewindebohrwerkzeuge (für 55NiCrMoV6V mit R_m ~ 970N/mm² und Fertigung von M10 / 30 tief):

Der Einsatz einer inneren Kühlschmiermittelzufuhr ist auch beim Gewindebohren möglich.

VII.      Drehmaschinen

Unter der Vielzahl von Drehmaschinen werden folgende Arten besprochen:

a)           Spitzendrehmaschine

b)           Plandrehmaschine

c)           Karusseldrehmaschine

d)           Revolverdrehmaschine

Andere Bauarten werden im Abschnitt "Sondermaschinen" behandelt.

zu a) Spitzendrehmaschine (siehe Bild 4.30, Blatt 14):

Die Größe der Drehmaschine ist durch die größte Spitzenweite l und Spitzenhöhe h gegeben. Als Universalmaschine weist diese einen großen Drehzahlbereich und eine Vielzahl von Vorschubmöglichkeiten auf. Kraftverhältnisse siehe Blatt 14, Bild 4.32.

zu b) Plandrehmaschine (Bild 4.33, Blatt 14):

Diese Maschine ist für reine "Futterarbeiten" geeignet. Das Maschinenbett ist kurz, der Reitstock ist entfallen. Vorteilhaft ist der geringe Platzbedarf. Nachteil: Weil man vorwiegend Scheibenförmige Werkstücke mit sehr großen Durchmessern bearbeitet werden für die Beschickung bzw. zur Entladung Hallenkräne langezeit blockiert.

zu c) Karusseldrehmaschine (Bild 4.34, Blatt 15):

Solche Senkrechtdrehmaschinen haben im Vergleich mit Plandrehmaschinen vertauschte Vor- und Nachteile wie z. B.: sie sind teurer und erfordern mehr Platz, dafür bieten sie leichtes Spannen der Werkstücke auf der Planscheibe. Durch die sehr gut unterstützte Planscheibe kann man hier enorme Werkstückgewichte und große Spanleistungen verkraften. Für Planscheibendurchmesser bis 1,6 m werden die sogenannten Einständerbauarten gebaut (Bild 4.34). Für Durchmesser von 1,6 - 20 m ist eine Zweiständerbauart notwendig (sogenannte Portalgestelle)

konstruktive Merkmale: Der Hauptantrieb mit Drehstrommotor enthält ein Getriebe als Baueinheit mit Magnetkupplung. Wegen den recht unterschiedlichen Bearbeitungsdurchmessern verfügt die Maschine über einen großen Drehzahlbereich. Die Planscheibe wird mit einem möglichst großen Zahnkranz für das Antriebsmittel bestückt. Bei den kleineren Maschinen wird die Planscheibe mit Kegelrollen gelagert, bei großen Maschinen enthält der sogenannte Königsstuhl nur Zylinderrollen, wobei die senkrechten Kräfte durch eine außenliegende Führungsbahn aufgefangen werden (ausgebildet als hydraulische Lagerung). Der Vorschubantrieb führt zu mehreren Werkzeugschlitten, die meistens unabhängig steuerbar sind. Die Werkzeugschlitten werden für wirtschaftliche Bearbeitung vorteilhaft mit Revolverschlitten für z. B. 5 Werkzeuge ausgerüstet.

zu d) Revolverdrehmaschine (Bild 4.35, 4.36, Blatt 15):

allg.: Mit Revolverdrehmaschinen wird das Ziel angestrebt, beim Einsatz verschiedener Werkzeuge in zeitlicher Folge die Nebenzeiten stark zu verkürzen. Grundsätzlich sind diese Maschinen nur für Futterarbeiten geeignet, denn anstelle des Reitstockes wird der Revolverkopf gesetzt, der in einem Magazin mehrere Werkzeuge aufnehmen kann. Der Sternrevolver (Bild 4.35) ist um eine senkrecht zur Drehachse geneigte Achse schwenkbar. Sie kann in dieser Ebene senkrecht wie im Bild dargestellt oder auch schräg und waagrecht liegen. Je nach Form des Sternrevolvers können bis zu 6 oder 8 Werkzeuge aufgenommen werden. Zum Längsdrehen wird der Revolverschlitten auf dem Maschinenbett geführt, zum Plandrehen sind Querschlitten erforderlich.

Als Vorteil gilt, dass die nicht im Schnitt befindlichen Werkzeuge aus dem Arbeitsbereich herausgeschwenkt sind. Der Trommelrevolver (Bild 4.36) ist mit einer parallel zur Drehmaschine liegenden Schwenkachse versehen und übernimmt auch den Längsvorschub. Ein Querschlitten kann entfallen, weil Plandreharbeiten durch langsames Schwenken des Revolverkopfes möglich sind. Vorteilhaft ist auch die Aufnahme von 12 - 16 Werkzeugen im Magazin. Dagegen ist das Einrichten solcher Revolverköpfe schwierig. An neuen Maschinen lässt sich der gesamte Kopf herausnehmen und in einer Messvorrichtung einrichten.

VIII.   Schleifmaschinen

Bauarten:

a)           Rundschleifmaschine

b)           Flachschleifmaschine

c)           Werkzeugschleifmaschine

Vom Verfahren her sind folgende Konstruktionsmerkmale wichtig:

Die üblichen Schnittgeschwindigkeiten liegen etwa bei 30 m/s und mehr. Sie sind unabhängig vom zu schleifenden Werkstoff.

Die Spantiefen betragen beim Schruppen nur einige hundertstel mm und beim Schlichten nur einige tausendstel mm. Daraus resultieren relativ kleine Kräfte aber sehr hohe Hauptspindeldrehzahlen bzw. die Forderung nach exakten Führungen.

Die Hauptspindel als Herz der Maschine bedarf einer sorgfältigen Lagerkonstruktion.

Die Zustellung erfolgt über einen spielfreien Spindeltrieb, dessen Betätigung z. B. hydraulisch auf tausendstel mm genau möglich sein muss.

Die Ausführung der Vorschubbewegungen ist dann eine Frage vom Schleifverfahren. Die Vorschubgeschwindigkeit richtet sich nach der gewünschten Oberflächengüte, z. B. für Rundvorschub ist ein Stufenradgetriebe notwendig, für Längsvorschübe sind hydraulische Kolbentriebe üblich.

Sehr wichtig sind an Schleifmaschinen Schutzvorrichtungen zur Verhütung von Unfällen, z. B. eine Schutzkappe als Schutz gegen Zerspringen der Schleifscheibe, eine Absaugvorrichtung, usw.

Für das Schleifverfahren ist eine Abziehvorrichtung wichtig. Dazu benutzt man einen Diamanten, der über einen Mikrometer zustellbar ist. Diese Vorrichtung muss für normale Schleifverfahren parallel zur Schleifspindelachse, beim Profilschleifen auch radial dazu verfahrbar sein.

zu a) Rundschleifmaschine (Bild 4.46, Blatt 15):

Sie arbeitet mit Umfangsschliff, man braucht einen Rundvorschub und bei Bedarf auch einen Längsvorschub (siehe Draufsicht Bild 4.46). Der hydraulisch angetriebene Längsschlitten kann reversierbare Längsvorschübe ausführen, auf dem hinteren Teil des Bettes wird der Schleifspindelstock auf  Schlitten so geführt, dass die Querverstellung und die Zustellung sehr genau möglich sind.

Zum Schleifen schlanker Kegel ist an Universalschleifmaschinen der Schlitten noch nach beiden Seiten um einen zentralen Drehpunkt bis zu 15° schwenkbar. Gleichzeitig muss natürlich auch der Schleifspindelstock um den selben Winkel geschwenkt werden, damit der Umfangsschliff parallel zum Kegelmantel erfolgt.

Außerdem haben Universalmaschinen noch eine Innenrundschleifeinrichtung. Das Innenrundschleifen ist nur als Futterarbeit möglich, d.h. der Reitstock muss entfernt werden.

Bemerkung: Eine Innenrundschleifspindel hat sehr hohe Drehzahlen von 20000 U/min und mehr.

Für Produktionszwecke baut man entweder Außenrund- oder Innenrundschleifmaschinen.

zu b) Flachschleifmaschine:

In der Praxis gibt es überwiegend zwei Ausführungen:

mit waagrechter Schleifspindel für Umfangsschliff bzw.

mit senkrechter Schleifspindel für Stirnschliff

Maschinen für Umfangsschliff (Bild 4.47) arbeiten genauer.

Maschinen für Stirnschliff arbeiten schneller, dafür sind aber größere Leistungen wegen der Flächenberührung notwendig.

Die Schlitten von Flachschleifmaschinen können entweder als Längsschlitten oder als Rundschlitten konstruiert werden. Der Längsschlitten braucht für die Vorschubbewegung einen reversierend - längsbeweglichen Antrieb, kann aber auch dazu noch querbeweglich sein. Die Zustellung erfolgt auch hier vom Schleifspindelstock. Auf Maschinen mit Rundschlitten rotieren die Werkstücke um die Schlittenachse, während gleichzeitig die Schleifscheibe eine radiale Bewegung zum Schlittenmittelpunkt ausführt. Man spricht dann auch vom Planschleifen.

zu c) Werkzeugschleifmaschinen:

Man braucht diese Maschinenart zum Schärfen von verschiedenen Werkzeugen wie zum Beispiel Wendelbohrer, Messerköpfe, Neben der einfachen Meisselschleifmaschine findet man auch Konstruktionen, die der Werkzeuggeometrie angepasst werden müssen.

IX.        Bearbeitungszentren (BS 351

Die Merkmale dieses Maschinentypes lassen sich zum Beispiel so definieren:

Von der Maschine werden:

Werkzeuge vorgewählt und gewechselt

Werkzeuge und Werkstücke positioniert, sowie

Drehzahlen, Vorschübe, etc. gesteuert

Ausführungen teilweise mit Späneförderer, teilweise mit großem Werkzeugmagazin

X.           Werkzeugwechsel

Der Einsatzbereich für  Bearbeitungszentren liegt dort, wo eine Vielzahl von verschieden Bearbeitungsgängen notwendig ist und dabei die Werkzeugwechselzeiten ins Gewicht fallen würden. Für die Vielzahl der erforderlichen Werkzeuge wird anstelle zum Beispiel eines Revolverkopfes wie bei Drehautomaten hier ein Werkzeugmagazin vorgesehen. Dieses Magazin hält die Werkzeuge bereit, welche von der numerischen Steuerung zum programmgemäßen Zeitpunkt abgerufen werden. Der Zusammenhang zwischen Werkzeugmagazin, Werkzeugwechsler und Hauptspindel zeigt zum Beispiel das Bild 4.79, Blatt 19. Der Wechselvorgang spielt sich etwa so ab: Während der Zerspanung ruht der Schwenkarm am Magazin. Er wird bei Abruf zur Spindel geschwenkt und bringt das nicht mehr gebrauchte Werkzeug auf seinen Platz im Magazin. Darauf dreht sich das Magazin in die vom Programm bestimmte Stellung und der Schwenkarm bringt ein neues Werkzeug zur Spindel.

Dem Werkzeugwechsler fallen folgende Bewegungsaufgaben zu:

axiales Einsetzen eines Werkzeuges in die Spindel bzw. herausziehen

Transport des Werkzeuges zwischen Magazin und Spindel

Einsetzen des Werkzeuges in das Magazin bzw. Entnehmen aus diesem

Für die Aufgabe des Werkzeugmagazines ist ein Werkzeugplan Voraussetzung, der die Angaben aller benötigten Werkzeuge enthält.

Dafür gibt es zwei Lösungen:

a)           Die Werkzeuge werden in durchnumerierte Magazintaschen einsortiert, d. h. beim Rüsten darf man keine falschen Werkzeuge einsetzen (die Steuerung weist nur die betreffenden Magazinstellen an)

b)           Man numeriert die zu programmierenden Werkzeuge selbst. Dazu braucht man einen Werkzeugcode, mit dessen Hilfe eine Station das richtige Werkzeug aus einer beliebigen Magazintasche heraussuchen kann.

zu Werkzeugcodierung:

Ein solcher Werkzeugcode kann zum Beispiel nach Bild 4.80, Blatt 19 aus zehn möglichen Ringen am Werkzeughalter bestehen. Soll nun die Maschine ein bestimmtes Werkzeug heraussuchen, lässt sie das Magazin umlaufen, eine Abfüllstation tastet dann alle Werkzeughalter ab. Beispielhafte Anordnung: Bild 4.81 Ein Bearbeitungszentrum hat hier durch Teleskopblechteile vollkommen geschützte Führungsbahnen. Die Anordnung de Werkzeugmagazine ist unter anderem auch einen konstruktive Frage. Bei dieser Ausführung ist es möglich zwei Karusselmagazine neben der Hauptspindel zu platzieren. Andere Magazinkonstruktionen nach Bild 4.82 richten sich nach der Maschinenanordnung und nach der Anzahl der zu speichernden Werkzeuge. Man will meistens mit möglichst einfachen Bewegungen des Werkzeugwechslers auskommen. Kleinere Magazine nehmen bis zu 24 und größere bis zu 100 Werkzeuge auf. Bei jeder Konstruktion bleibt eine gewisse Stillstandszeit nicht aus. Die Magazintasche des arbeitenden Werkzeuges muss sich zuerst in Wechselposition befinden, d. h. ein Heraussuchen des nächsten Werkzeuges ist während der Zerspanung nicht möglich. Die Werkzeugwechselzeiten lassen sich auf wenige Sekunden reduzieren, wenn das nächste Werkzeug zu Beginn seines Einsatzes nicht mehr herausgesucht zu werden braucht. Mögliche Lösung siehe Bild 4.83 bzw. Bilder auf Blatt 20.

zu Bild 4.83: das Doppelmagazin: Hier werden die Werkzeughalter aus dem Magazin mittels Schieber unter die Spindel gebracht. Während das erste Werkzeug zum Beispiel aus dem rechten Magazin arbeitet, kann man das zweite Werkzeug aus dem linken Magazin heraussuchen und in Übergabeposition bringen.

XI.        Werkstücktransport, Werkstückmagazine

(BS 357; Blatt 19, Bild 4.78)

Werkstückmagazine sind in der Anwendung zum Beispiel bei allen Drehautomaten und auch dort, wo die Fertigung vollautomatisch ablaufen soll. Spezielle Magazine, meistens an die Werkstückform angepasst, werden als Zusatzausrüstung mitbestellt, bzw. montiert. Sollte zum Beispiel die Drehspindel automatisch bestückt werden, ist noch eine sogenannte Zubringereinrichtung erforderlich (im Bild 4.78 als Schwenkgreifer)

Transportkomponenten siehe Buch!

Berührung zweier Körper:

Annahme: Es werden zwei Körper mit gekrümmter Oberfläche aufeinander gepresst. Diese Körper werden als homogene, Isotrope, vollkommen elastische, behandelt, wobei die entstandene Abplattung (2*a) im Verhältnis zu den Körperabmessungen sehr klein ist. Bestehen die beiden Körper aus verschiedenen Stoffen mit verschiedenen Elastizitätsmodulen E1 und E2, dann wird folgende Formel angewendet: