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3 Konstruktiver Aufbau von CNC-Maschinen

An CNC-Maschinen werden grundstzlich hhere Anforderungen gestellt als an herkmmliche Bearbeitungsmaschinen, d. h. CNC-Maschinen mssen hhere Technologiewerte, wie Schnittgeschwindigkeit und Vorschubgeschwindigkeit so-wie eine hhere Verfgbarkeit, hchste Wiederholgenauigkeiten und eine hhere Verfgbarkeit bei hherer Belastung (-Schicht-Betrieb) prozesssicher gewhrleis-ten knnen. Diese Anforderungen bedingen auch besondere konstruktive Merk-male, die wir in diesem Kapitel nher beleuchten werden.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, zeigen die meisten modernen CNC-Maschinen einen hnlichen Aufbau. Moderne CNC-Maschinen verfgen ber ei-nen gekapselten Arbeitsraum und ber ein stabiles Maschinengestell. Der Haupt-antrieb ist stufenlos regelbar und es existiert fr jede Achse ein Vorschubantrieb. Weiterhin erfolgt der Werkzeugwechsel und der Palettenwechsel zum Einwechseln vormontierter bzw. vor aufgespannten Werkstcken, automatisch. Lassen Sie uns die einzelnen Komponenten genauer betrachten.

CNC-Technik Lehrbrief 1 Konstruktiver Aufbau von CNC-Maschinen

Abb 31

Palettenwechseleinrichtung

31 Gekapselter Arbeitsraum

Zur Vermeidung von Unfllen wird der Arbeitsraum vollkommen gekapselt. Automa-tisierter Bewegungsablauf von Werkstck und Werkzeug, umherliegende Spne sowie das eingesetzte Khlschmiermittel machen dies notwendig. Die Steuerung berwacht diese Absicherung und setzt die Maschine sofort still, wenn whrend der Bearbeitung der Arbeitsraum geffnet wird. Durch bruchsichere Scheiben kann der Bearbeitungsprozess beobachtet werden.

Abb 32

CNC-Frsmaschine der Firma DMG mit gekapseltem Arbeits-raum

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32 Maschinenbett

Maschinenbetten mssen hchsten Ansprchen gengen. Stabile Maschinen-betten zu bauen, ist unter anderem das Ziel der Werkzeugmaschinenhersteller. Eigensteife, thermisch stabile und schwingungsdmpfende Konstruktionen erlau-ben den Einsatz modernster Schneidstoffe mit den damit verbundenen extremen Anforderungen an die Maschine.

Es gibt verschiedene Materialien, aus denen Maschinenbetten hergestellt werden. Die gebruchlichsten Materialen sind Grauguss, Stahlkonstruktionen und Kunst-harzbeton (Polymerbeton).

Vergleichen wir nun die einzelnen Materialien des Maschinenbetts miteinander:

Maschinenbett aus Grauguss

Folgende Eigenschaften weist ein Maschinenbett aus Grauguss auf:

Kostengnstig

Gut zerspanbar

Gute Dmpfungseigenschaften

Wiederverwendbare Modellformen

Geringe Dehnungsfhigkeit

Ungnstiges Verschleiverhalten

Preise vom Rohstoffmarkt abhngig

Maschinenbett aus Stahl

Folgende Eigenschaften weist ein Maschinenbett aus Stahl auf:

Hohe Festigkeit

Kleine Querschnitte mglich

Gut zerspanbar

Hohe Dehnungsfhigkeit

Schlechte Dmpfungseigenschaften

Aufwendige Manahmen zur Steiigkeit notwendig (z. B. Rippen)

Bei Schweikonstruktionen zustzliche Arbeitsgnge notwendig (z. B. Span-nungsarmglhen zur Verringerung von Eigenspannugen, die durch ther-mische Einlsse beim Schweien entstanden sind)

Preise vom Rohstoffmarkt abhngig

Maschinenbett aus Kunstharzbeton (Polymerbeton)

Folgende Eigenschaften weist ein Maschinenbett aus Polymerbeton auf:

Hohe statische und dynamische Steiigkeit

Gute Dmpfungseigenschaften

Unempindlich gegen Temperaturschwankungen

Aushrtezeit nur 24 h

Kein Schwinden

CNC-Technik Lehrbrief 1 Konstruktiver Aufbau von CNC-Maschinen

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CNC-Technik Lehrbrief 1 Konstruktiver Aufbau von CNC-Maschinen

Keine Aufnahme von Khlschmiermittel

Hohe Oberlchengte

Kostengnstig (weniger Arbeitsgnge bei der Herstellung)

Polymerbeton ist sehr bruchanfllig

ber 80% der Maschinebetten bei CNC-Maschinen bestehen noch heute aus Grauguss. Stahl spielt bei der Herstellung in der heutigen Zeit eine eher unterge-ordnete Rolle. Somit haben die Maschinenbetten aus Polymerbeton einen Markt-anteil von ca. 20%.

33 Antriebe

Bei Dreh- und Frsmaschinen wird zwischen Hauptantrieb und Vorschubantrieb unterschieden.

An den Hauptantrieb bei CNC-Maschinen werden wichtige Anforderungen gestellt. Die wichtigsten sind kurze Anlauf- und Stillsetzungszeiten, geringer Drehzahl- und Drehmomentabfall bei zunehmender Belastung. Weiterhin muss der Hauptantrieb einen groen Drehzahlbereich abdecken knnen. Somit ist gewhrleistet, dass zum Beispiel CNC-Drehmaschinen mit konstanter Schnittgeschwindigkeit pro-grammiert werden knnen. Weiterhin muss an den Hauptantrieben eine Drehrich-tungsnderung mglich sein.

Der Hauptantrieb erfolgt bei herkmmlichen CNC-Dreh- und Frsmaschinen ber einen frequenzgeregelten Drehstrommotor (AC-Motor). Die Drehzahl ist, wie be-reits angesprochen, stufenlos regelbar. Somit ist z. B. beim Drehen das Arbeiten mit konstanter Schnittgeschwindigkeit auf Drehmaschinen mglich. Dies bedeutet, dass die Steuerung dabei fortwhrend, bezogen auf die Durchmesserposition der Werkzeugschneide, die notwendige Drehzahl der Hauptspindel errechnet und die-se entsprechend automatisch einstellt.

Die Arbeitsspindel wird ber wenige oder sogar ohne vorgeschaltete Getriebestu-fen angetrieben. bliche Antriebsleistungen liegen zwischen 5 kW und 40 kW, kn-nen aber auch Gren zwischen 50 und 00 kW annehmen, bei Schwerbearbei-tungszentren sogar 50 kW.

Hchstdrehzahlen beim Drehen und Frsen liegen normalerweise bei 8 000 /min bis 2 000 /min. Optional sind aber noch wesentlich hhere Drehzahlen mglich. So kommen z. B. beim sogenannten Hochgeschwindigkeitsfrsen Arbeitsspindeln mit bis zu 00 000 /min zum Einsatz.

Natrlich werden auch an die Vorschubantriebe bei CNC-Maschinen besondere Anforderungen gestellt. So ist ein konstanter Geschwindigkeitsverlauf von gro-er Bedeutung. Um die Vorschbe genau einhalten zu knnen, muss die Drehzahl ber den gesamten Bereich von der kleinsten Vorschubgeschwindigkeit bis zum Eilgang regelbar sein, wobei auch bei kleinen Drehzahlen ein ruckfreier, gleichm-iger Lauf gewhrleistet sein muss. Auch spielt die hohe Dynamik eine groe Rolle. Hier ist zu beachten, dass das Trgheitsmoment des Motors klein sein muss, damit der Motor schnell beschleunigen und in kurzer Zeit verzgern kann. Bei CNC-Ma-schinen ist zu 80% die Dynamik entscheidend fr die Geschwindigkeit. Moder-ne CNC-Maschinen sind in der Lage mit bis zu g (-fache Erdbeschleunigung) zu beschleunigen. Der Eilgang spielt bei kleineren Maschinen eine geringe Rolle, er wird nur bei groen Verfahrwegen wichtig. Weiterhin sollte auf ein konstantes Drehmoment geachtet werden. Das Drehmoment des Motors berwindet die Be-schleunigungskraft, die Reibung in den Fhrungen sowie die Vorschubkraft fr die Zerspanung und besitzt eine hohe Steiigkeit, um Drehzahleinbrche zu vermei-