K19: Werkzeugmaschinen

Werkzeugmaschine = Komplexes mechatronisches System aus Antrieben, Sensoren und Steuerungssystemen

Werkzeugmaschinen (WZM) sind mechanisierte und mehr oder weniger automatisierte Fertigungseinrichtungen, die durch relative Bewegungen zwischen Werkzeug und Werkstück eine vorgegebene Form oder Veränderung am Werkstück erzeugen

Oder:

eine Arbeitsmaschine, die ein Werkzeug an einem Werkstück unter gegenseitig bestimmter Führung zur Wirkung bringt

• Gestell

• Führungen

• Antriebe

• Motoren

• Steuerung

• Sonstiges

• Fundament, Ständer, Schlitten

• Sicherung der geometrischen Lage und Aufnahme von Kräften und Momenten

• meist aus Stahlguss -> Steifigkeit

Unterteilung nach Maschinenbett und Lage der Arbeitsspindel

• Flachbettdrehmaschine

• Schrägbettdrehmaschine -> Späne fallen ab

• Senkrechtdrehmaschine -> günstige Werkstückaufnahme

Gestellbauformen werden aufgeteilt nach Anzahl der Achsen und Beanspruchungsarten

• Statische Kräfte (Gewichtskraft, Spannkräfte)

• Dynamische Kräfte (Unwuchten, Trägheitskräfte)

• Thermische Einflüsse (Wärme in Spänen, Lagererwärmung)

• Auslösen von Eigenspannung (Gussspannung)

• die Präzision einer Fräsmaschine hängt von der Qualität der Führung und Lager ab

• Führung von Haupt-, Vorschub- und Zustellbewegungen

• Aufnahme von Kräften

• Anforderungen: hohe Führungsgenauigkeit, Abdichtung gegen Schmutz

• Flachführung

• Schwalbenschwanzführung

• Rundführung bei einer Radialbohrmaschine

• Kombinierte V-Flach-Führung

• Kunststoffbeschichtete Schlittenführung

• Reibung zwischen Schlitten und Führungsbahn = Flüssigkeitsreibung in Öl

• Kräfte in den Taschen können nur senkrecht aufgenommen werden -> in jede Kraftrichtung sind Taschen erforderlich

• Gleitlager: hoher Verschleiß, geringe Kosten, Ölschmierung

• Wälzlager: mittlerer Verschleiß, mittlere Kosten, Öl- oder Fettschmierung

• Magnetlager: sehr geringe Reibung -> kein Verschleiß, hohe Kosten, keine Schmierung

• Achsen von Fräsmaschinen sind je nach geforderter Bewegungsart mit spezifischen Antriebsarten ausgestattet

• Aufgaben: Erzeugung von Drehzahl oder linearen Geschwindigkeiten

• Anforderungen: gleichförmiger Bewegungsablauf, kleine Abmessungen, schnelle Änderung der Bewegung

Hauptantrieb:

• Realisierung der Schnittbewegung

• Anforderungen: großer Drehzahlbereich, hohe Steifigkeit

Nebenantrieb:

• = Vorschubantrieb, Positionieren, Werkstücktransport

• Anforderungen: wie bei Hauptantrieb, nur besser

Hilfsantrieb:

• Werkzeug-, Werkstückwechsel

• Gleichstrommotor

• Synchronmotor

• Asynchronmotor

• Linearmotor

• Pneumatikmotoren

• Hydraulikmotoren

• Gleichspannung über Kommutator -> Wartungsaufwand

• gute Dynamik und günstig, aber Verschleiß und geringer Wirkungsgrad

• stationäres Läufermagnetfeld, kein selbstständiger Anlauf, Drehzahl ist lastunabhängig

• wartungsfrei, hoher Wirkungsgrad, jedoch niedriger Drehzahlbereich, teuer

• Käfigläufer, Drehzahl ist lastabhängig

• warungsfrei, großer Drehzahlbereich, aber kleiner Wirkungsgrad, teuer

Pneumatikmotor = Bewegung wird mittels Druckluft erzeugt.

Vorteile:

• geringe Anschaffungskosten, robust, sicher (z.B. Explosionsgeschützt)

Nachteile:

• niedrige Effizienz

• kontinuierliche Bewegungen schwierig mit Druckluft zu realisieren

Hydraulikmotor = Bewegung wird mittels Hydraulikflüssigkeit erzeugt.

Vorteile:

• Geschwindigkeit stufenlos einstellbar, sehr genaue Positionierung möglich

Nachteile:

• Lärm, Unfallgefahr, Brandgefahr

Drehen:

• Werkstück: einfache Geometrien, geringe Bearbeitungszeiten

• Werkzeug: häufiger Wechsel, geringe Werkzeugvielfalt

Fräsen:

• Werkstück: komplexe Geometrien, lange Bearbeitungszeiten

• Werkzeug: hohe WZ-Einsatzzeit, hohe WZ-Vielfalt

Manuelle Maschinenbeschickung = Zuführung von Materialien in eine Maschine von Hand durchgeführt, anstatt von einem automatischen Zuführungssystems.

Vorteile:

• flexible Handhabung unterschiedlicher Teilformen

• parallele Maschinen und Prozessüberwachung

Nachteile:

• Personalkosten

• aufwändiges Zeitmanagement zur Vermeidung von Stillstandzeiten

• eintönige Arbeitsaufgabe