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Spanende Werkzeugmaschinen für die Bearbeitung mit geometrisch bestimmter SchneideWS 2008/09 - Bearbeitungssystem Werkzeugmaschine I - VL 3

3. Vorlesung

Spanende Werkzeugmaschinen für die Bearbeitung mit geometrisch bestimmter Schneide

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Inhalt der Vorlesung

Einleitung Drehmaschinen Fräsmaschinen Bohrmaschinen Hobel- und Stoßmaschinen Räummaschinen

• Einleitung

• Drehmaschinen

• Fräsmaschinen

• Bohrmaschinen

• Hobel- und Stoßmaschinen

• Räummaschinen

• Sägemaschinen

• Bearbeitungszentren

Vorführender

Präsentationsnotizen

Erreichbare gemittelte Rauhtiefen (Rz in µm) nach DIN 4766 T1: Drehen:≥1,0 Fräsen:≥1,6 Bohren:≥16 (Bohren ins Volle) Hobeln:≥1,0 Stoßen:≥2,5 Räumen:≥0,63

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Produktion spanender Werkzeugmaschinen (Deutschland)


1 Bearbeitungszentren 5 Verzahnmaschinen 9 sonst. spanende Maschinen

2 Drehmaschinen 6 Laser-, Ionen-, Ultraschallmaschinen 10 Ausbohrmaschinen

3 Schleif-, Hon-, Läppmaschinen 7 Transfer-, Mehrwegmaschinen 11 Bohrmaschinen

4 Fräsmaschinen 8 Säge-, Trennmaschinen 12 Erodiermaschinen

Quelle: VDW

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Pro

dukt

ions

volu

men

in M

io. E

UR

Maschinengruppen

2006

2007

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Übersicht der Fertigungsverfahren

Fertigungsverfahren

Urformen Umformen Trennen Fügen Stoffeigenschaft ändernBeschichten

Zerteilen

Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden

Spanen mit geometrisch

unbestimmten Schneiden

Abtragen Zerlegen Reinigen

DrehenBohren Senken Reiben

Fräsen Hobeln Stoßen Räumen Sägen Feilen

RaspelnBürst-

spanenSchaben Meißeln

DIN 8580


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BegriffsklärungDefinition nach DIN 8589:Spanen ist Trennen, bei dem von einem Werkstück mit Hilfe der Schneiden eines WerkzeugesWerkstoffschichten in Form von Spänen zur Änderung der Werkstückform und/oder Werkstückoberflächemechanisch abgetrennt werden.Beim Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden wird ein Werkzeug verwendet, dessenSchneidenanzahl, Geometrie der Schneidkeile und die Lage der Schneiden zum Werkstück bestimmtsind.

Darstellung des Prinzips der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide am Beispiel eines einschneidigen translatorisch bewegten Werkzeuges

Passivkraft

Vorschub-kraft

Schnittkraft

Vorschub

Schnittgeschwindigkeit

Quelle: Weck - Werkzeugmaschinen

Bewegung Zerspankräfte


Werkstück

Span

Werkzeug

Schneide

Vorführender


Definition des Spanens nach DIN 8589: Spanen ist Trennen, bei dem von einem Werkstück mit Hilfe der Schneiden eines Werkzeuges Werkstoffschichten in Form von Spänen zur Änderung der Werkstückform und/oder Werkstückoberfläche mechanisch abgetrennt werden. Beim Spanen mit geometrisch bestimmten Schneiden wird ein Werkzeug verwendet, dessen Schneidenanzahl, Geometrie der Schneidkeile und die Lage der Schneiden zum Werkstück bestimmt sind.

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Prinzip der DrehbearbeitungDefinition nach DIN 8589-1:Drehen ist Spanen mit geschlossener, meist kreisförmiger Schnittbewegung und beliebiger, quer zurSchnittrichtung liegender Vorschubbewegung.Die Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkstück unabhängig von der Vor-schubbewegung bei (Drehachse werkstückgebunden).


Werkstück

Passivkraft

Werkzeug

Schnittkraft

Zerspankraft F

Fa

Fc

Arbeitsebene

Aktivkraft

Vorschubkraft

Ff

Fp

Quelle: Schulze, FertigungstechnikBild: Traub, Reichenbach

Vorführender


Definition des Drehens nach DIN 8589-1: Drehen ist Spanen mit geschlossener, meist kreisförmiger Schnitt-bewegung und beliebiger, quer zur Schnittrichtung liegender Vorschubbewegung. Die Drehachse der Schnittbewegung behält ihre Lage zum Werkstück unabhängig von der Vorschubbewegung bei (Drehachse werkstück-gebunden).

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Einteilung von Drehmaschinen


Drehmaschinen

Drehautomaten b

Front-drehmaschinen

Vertikal-drehmaschinen

Universal-drehmaschinen

Sonder-drehmaschinen

Quelle: Uhlmann, Dubbel, 21. Aufl.

• Flachbettdrehmaschine

• Schrägbettdrehmaschine

• Langdrehautomaten

• Mehrspindeldreh-automaten

• Einspindelfront-drehmaschinen

• Mehrspindelfront-drehmaschinen

• Hoch- / Ultrapräzisions-drehmaschinen

• Hochgeschwindigkeits-drehmaschinen

• Karusselldrehmaschine

• Vertikaldrehmaschinenmit Pickup-Spindeln

Vorführender


Einteilung von Drehmaschinen in Anlehnung an Dubbel, 21. Aufl. Beispiele für ausgeführte Maschinen

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Universaldrehmaschinen

Bild: GDW, Herzogenaurach

Flachbettbauweise

Schrägbett

Schrägbettbauweise

BettLängsschlittenPlanschlitten

Futter

Bild: Boehringer, Göppingen

Anwendung:

• Einzelfertigung mit geringem Automatisierungsgrad

• Vorteil Flachbettbauweise: hohe Maschinensteifigkeit

• Vorteil Schrägbettbauweise: günstiger Spänefall mit geringer thermischer Belastung des Maschinenbetts

Reitstock

Vorführender


Aufgrund des besseren Spänefalls wird bei numerisch gesteuerten Maschinen i.d.R. ein Schrägbett verwendet. Die häufigsten Baugrößen der Universaldrehmaschinen ermöglichen Drehdurchmesser zwischen 100 und 500mm und eine maximale Drehlänge von 250 bis 1250mm. Die abgebildeten Maschinen verfügen über eine Zyklensteuerung sowie eine numerische Steuerung.

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Langdrehautomat

Anwendung:

• Serienfertigung mit hohem Automatisierungsgrad

• selbsttätige Bearbeitung von Werkstücken aus Stangenwerkstoff durch Einsatz von Magazinen

Bild: Traub, ReichenbachWerkzeugrevolverWerkstückaufnahme

Stangenmagazin

Vorführender


Die Zuführung der Stangenwerkstoffs erfolgt automatisch aus dem Magazin. Die Verwendung mehrerer Werkzeugrevolver erlaubt die Fertigung komplexer Großserienteile. Eine Automatisierung der Werkstoffhandhabung ermöglicht auch die Verkettung mehrerer Maschinen zu einer Drehzelle. Die maximale Drehlänge der abgebildeten Maschine beträgt 130 mm, der maximale Drehdurchmesser 16 mm. Das rechte Bild zeigt den Arbeitsraum des Langdrehaustomaten. Es sind zwei gegenüberliegende Spindeln zur Front- bzw. Rückseiten-bearbeitung der Werkstücke vorhanden. Zur Drehbearbeitung stehen zwei Werkzeugrevolver zu Verfügung. Optional kann der Drehautomat wie abgebildet mit rotierenden Werkzeugen für Bohr- und Fräsbearbeitungen ausgestattet werden (jeweils für Front- und Rückseitenbearbeitung).

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Frontdrehmaschine

Bild: Weisser, St. Georgen

Doppelspindel

Anwendung:

• Bearbeitung scheibenförmiger Drehteile mit hohem Automatisierungsgrad

• Steigerung der Produktivität bei Einsatz mehrerer Spindeln

Vorteile:

• günstiger Spänefall

• gute Zugänglichkeit bei Werkstückwechsel

Vorführender


Die Mengenleistung kann durch eine automatisierte Werkstück-handhabung durch Systeme zum Greifen, Laden, Wenden und Entladen deutlich gesteigert werden. Abbildung links zeigt die Frontdrehmaschine mit Rohteil-Förder-system und Späneförderer.

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Rohteile

Feststehender Revolver für Frontseitenbearbeitung

Feststehender Spindelstock mit stehender Spindel für Rückseitenbearbeitung

Fertigteile

Verfahrbarer Spindelstock mit hängender Pickup-Spindel


Vertikaldrehmaschine I

Anwendung:

• Komplettbearbeitung in der Großserienfertigung ohne Wenden des Werkstücks

• hoher Automatisierungsgrad durch Werkstückförderung

Bild: Hessapp, Taunusstein

Vorführender


Die Anordnung zweier entgegengesetzt gerichteter Spindeln ermöglicht eine Komplettdrehbearbeitung ohne Wenden der Werkstücke. Das Handling der Werkstücke zwischen den Bearbeitungsstationen übernimmt dabei die hängende Pickup-Spindel, dadurch lässt sich ein hoher Automatisierungsgrad erzielen

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Vertikaldrehmaschine II

Anwendung:

• Bearbeitung schwerer, sperriger Werkstücke ohne Biegebelastung der Drehspindel

• Komplettbearbeitung in einer Aufspannung

Bild: DS Technologie, Mönchengladbach

Maschineneigenschaften:

• hohe Eigensteifigkeit durch geschlossenePortalkonstruktion

• Bearbeitungsdurchmesser bis 7 m

• maximales Werkstückgewicht: 200 t

• maximales Drehmoment: 350 kNm

Vorführender


Die Abbildung zweigt eine Zweiständermaschine mit verfahrbarem Portal. Vertikaldrehmaschinen dieser Bauart werden zur Bearbeitung großer, sperriger Werkstücke mit hohem Werkstückgewichten eingesetzt. Eine drehende Planscheibe dient dabei als Werkstückträger. Die Bearbeitung erfolgt in einer Aufspannung. Der Durchmesser der Planscheiben beträgt bis zu ca. 18 m.

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Ultrapräzisionsdrehmaschine


• luftgelagerte Hauptspindel

• hydrostatische Lagerung der Achsen

• Lasermesssystem

Anwendung:

• Herstellung von optischen Linsen und Spiegeln mit höchsten Genauigkeitsanforderungen

Bild: Moore Nanotechnology Systems

Vakuumfutter Werkstück

Integrierte Vermessung von WerkstückenNanotech® 350FG

Vorführender


UP-Drehmaschinen werden überwiegend für die hochgenaue Bearbeitung von NE-Metallen eingesetzt. Das Maschinenbett besteht zur Verbesserung der thermischen Langzeitstabilität i.d.R. aus Granit. Der Betrieb der UP-Maschinen erfordert die Klimatisierung der Räume. Anwendung: Glanzdrehen: optische Oberflächen werden allein durch die Zerspanung mit geometrisch bestimmten Schneiden erzeugt, als Schneidstoff dient vorwiegend Diamant.

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Prinzip der Fräsbearbeitung


Stirnfräsen Umfangsfräsen

Gleichlauffräsen Gegenlauffräsen

WZWZ

WSTWST

Schneide Schneide

VorschubVorschub

Sch

nittt

iefe

Sch

nittt

iefe

WZ WZArbeitsebeneArbeitsebene

WST

WST

ηϕ

ϕη

90° < ≤ 180° 0° ≤ < 90°

Quelle: Dubbel, 21.Aufl.

Definition nach DIN 8589-3:Fräsen ist Spanen mit kreisförmiger, einem meist mehrzahnigen Werkzeug zugeordneter Schnitt-bewegung und mit senkrecht oder auch schräg zur Drehachse des Werkzeuges verlaufender Vor-schubbewegung zur Erzeugung beliebiger Werkstückoberflächen.

Vorführender


Definition nach DIN 8589-3: Fräsen ist Spanen mit kreisförmiger, einem meist mehrzahnigen Werkzeug zugeordneter Schnittbewegung und mit senkrecht oder auch schräg zur Drehachse des Werkzeuges verlaufender Vorschub-bewegung zur Erzeugung beliebiger Werkstückoberflächen. Abgebildete Werkzeuge: Stirnfräsen: Messerkopf Umfangsfräsen: Scheibenfräser Gleich- und Gegenlauffräsen: Walzenfräser

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Bauformen von Bohr- und Fräsmaschinen mit horizontaler Bearbeitungsachse

Konsole Bett

eins

zwei

dreiA

nzah

l der

Ach

sen

im W

erkz

eugt

räge

r

Konsolständerbauweise

BohrwerkbauweiseFahrständerbauweise

Kreuzbettbauweise

Kreuztischbauweise

Konsolbettbauweise

Quelle: Weck, Werkzeugmaschinen

Vorführender


Überblick über die wichtigsten Bauformen horizontaler Bohr- und Fräsmaschinen und die jeweilige Lage der Bewegungsachse. Die Positionier- und Vorschubbewegung werden vom Werkzeugträger (Ständer, Spindelkasten) oder/und Werkstückträger (Tisch) ausgeführt. Eine weitere Untergliederung wird nach der Anzahl der Achsen im Werkzeugträger vorgenommen. Auf den weiteren Folien werden folgende Bauarten beispielhaft dargestellt: Konsolfräsmaschine Portalfräsmaschine Fahrständerfräsmaschine Gantrybauweise zur 5-Achs-Bearbeitung Maschinenkoordinaten (DIN 66217): Das Maschinenkoordinatensystem der CNC-Werkzeugmaschine wird vom Hersteller festgelegt. Es ist unveränderbar. Der Ursprungspunkt für dieses Maschinen-koordinatensystem, auch Maschinennullpunkt genannt, ist in seiner Position nicht veränderbar. Werkzeugbewegungen werden grundsätzlich in einem genormten, rechtsgängigen Koordinatensystem definiert. Drehung von +X nach +Y erzeugt in +Z Richtung ergibt eine rechtsgängige Schraube Z- Achse: fällt nach Norm mit der Arbeitsspindel zusammen oder verläuft parallel positive Richtung vom Werkstück weggerichtet, beim Fräsen auf Spindel hingerichtet verläuft senkrecht zur Aufspannfläche (nur bei Senkrecht-Fräsmaschine) bei mehreren Spindeln ist eine Hauptspindel festgelegt X- Achse: verläuft waagerecht und parallel zur Aufspannfläche bei vertikaler Z-Achse: +X nach rechts bei horizontaler Z-Achse: +X nach links Y- Achse: im rechten Winkel zur Z- und X- Achse, so dass rechtsgängiges Koordinatensystem entsteht

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Quelle: Weck, Werkzeugmaschinen

Konsole Bett Portal

eins

zwei

dreiA

nzah

l der

Ach

sen

im W

erkz

eugt

räge

r

Konsolständerbauweise Kreuztischbauweise

Fahrständerbauweise

Tischbauweise

Gantrybauweise

Bauformen von Bohr- und Fräsmaschinen mit vertikaler Bearbeitungsachse

Vorführender


Überblick über die wichtigsten Bauformen vertikaler Bohr- und Fräsmaschinen und die jeweilige Lage der Bewegungsachse. Beim Vergleich mit den horizontalen Bauformen fällt auf, dass sich bei der senkrechten Anordnung der Arbeitsspindel eine geringere Anzahl von typischen Bauformen durchgesetzt hat.

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Konsolfräsmaschine


Anwendung:

• vielseitige Bearbeitungsfälle in der Einzelfertigung mit geringem Automatisierungsgrad

• 3-Achs-Bearbeitung

Bild: Emco Maier, Pleidelsheim

Konsole

Grundplatte

Ständer

Y

Z

X

Hauptantrieb

Schwenkbarer Fräskopf

Vorführender


Die abgebildete Konsolfräsmaschine kommt beispielsweise im Werkzeug- und Formenbau, Apparate- und Prototypenbau zum Einsatz. Der Einsatz beschränkt sich daher auf die Einzelteilfertigung.

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Portalfräsmaschine


Anwendung:

• Bearbeitung von Bauteilen mittlerer Komplexität (mit geringem Automatisierungsgrad)

• 3-Achs-Bearbeitung

Bild: Eumach

Tisch

Steuerung

Spindelkasten

Portal

Kreuzsupport

Bett

Y

Z

X

Vorführender


Die Abbildung zeigt eine Portalfräsmaschine in Tischbauweise. Das feststehende Portal bietet eine hohe Steifigkeit, der am Querbalken vorhandene Kreuzsupport ermöglicht die Bewegung der Frässpindel in zwei Achsen. Die dritte Achsbewegung wird durch den verfahrbaren Tisch realisiert. Das maximale Werkstückgewicht wird durch die Konstruktion des Tisches bestimmt und beträgt bei der abgebildeten Maschine 2000 kg. Die dargestellt Portalfräsmaschine verfügt über folgenden Arbeitsraum: X,Y,Z: 1750,1000,600 mm

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Fahrständerfräsmaschine


Anwendung:

• Bearbeitung langer und schwerer Werkstücke

• Aufspannung mehrerer Werkstücke möglich

• hohe Dynamik durch reine Bewegung des Werkzeugträgers

• automatisierte Bearbeitung mit integriertem Werkzeugwechselsystem

Optionaler Schwenkfräskopf

Bild: Gildemeister, Bielefeld

Z

Y

X

B

Vorführender


Fräsmaschinen in Fahrständerbauweise ermöglichen durch die Verwendung eines langen Maschinenbetts die Bearbeitung langer Werkstücke bzw. die Aufspannung mehrerer zu bearbeitender Werkstücke. Die Bewegungen in drei Achsen erfolgt durch den Werkzeugträger, dies führt zu einer hohen Dynamik. Die Integration eines Werkzeugwechselsystems ermöglicht einen hohen Automatisierungsgrad der Bearbeitung.

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Bild: MAP Werkzeugmaschinen GmbH


Anwendung:

• Eignung für hochdynamische 5-Achs-Bearbeitung leichter bis mittelschwerer Werkstücke

• automatisierte Fertigung mit integriertem Werkzeugwechselsystem

• komplexe Bearbeitung in einer Aufspannung

Werkzeugmagazin

Guss-Maschinenbett

Z

Y

X2-Achsen-Schwenkbrücke

Bearbeitungsbeispiel:

• Schaltsaugrohr

• 1 Aufspannung

• Taktzeit: 0,40 min

• Material: AlSi10Mg

Gantrybauweise zur 5-Achs-Bearbeitung

CB

Vorführender


Die Gantrybauweise verfügt im Gegensatz zur Portalfräsmaschine in Tischbauweise mit über ein bewegliches Portal. Die Bewegungen in drei Achsen erfolgt damit durch den Werkzeugträger, dies führt zu einer hohen Dynamik. Die Verwendung einer Schwenkbrücke aus Wende- und Rundtisch ermöglicht eine 5-Achs-Bearbeitung (Bearbeitung von Freiformflächen). Aufgrund der begrenzten Tragfähigkeit der Schwenkbrücke ist die Anwendung dieser Bauart auf leichte bis mittelschwere Werkstücke begrenzt. Die Flexibilität der Bearbeitung kann durch ein integriertes Werkstück- und Werkzeugwechselkonzept erhöht werden. Schaltsaugrohr: ist eine Vorrichtung auf der Saugseite eines Benzinmotors, um den Füllgrad entzündbarer Gase in der Brennkammer bei unter-schiedlichen Drehzahlen zu optimieren. Das Schaltsaugrohr ermöglicht die Längenänderung des Ansaugweges. Im Ansaugtrakt eines Verbren-nungsmotors werden durch den Gaswechselvorgang Gasschwingungen angeregt, wodurch Unter- bzw. Überdruckwellen entstehen, die die Masse der angesaugten Verbrennungsluft beeinflussen. Die Druckwellen in der Ansaugleitung bewegen sich mit Schallgeschwindigkeit. In Abhängigkeit von der Drehzahl des Motors kann mit einem Schaltsaugrohr die Länge des Ansaugrohrs variiert werden. Damit wird berücksichtigt, dass für den Gaswechsel bei niedrigen Motordrehzahlen mehr Zeit zur Verfügung steht (langes Saugrohr). Bei hohen Drehzahlen wird ein kurzes Saugrohr benötigt. Der Schaltvorgang wird mit Hilfe einer Klappe umgesetzt. Optimal wäre eine vollvariable Saugrohrlänge für den gesamten Drehzahlbereich.

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X

Y

Z

Einständer-Langfräsmaschine zur 5-Achs-Bearbeitung


C

A

2-Achs-Gabelfräskopf

© IWF, TU Berlin

Anwendung:

• Eignung für 5-Achs-Bearbeitung schwerer Werkstücke

• komplexe Bearbeitung in einer Aufspannung

Vorführender


Die Verwendung eines 2-Achs-Gabelfräskopfes ermöglicht bei diesem Maschinenkonzept eine 5-Achs-Bearbeitung. Im Gegensatz zur zuvor gezeigten Gantrybauweise mit Schwenk-brücke können aufgrund des großen Maschinentisches sehr große, schwere Werkstücke komplexer Geometrie bearbeitet werden.

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Fräsmaschinen mit Hexapod-Parallelkinematiken


Vorteile der Hexapod-Struktur Nachteile der Hexapod-Struktur

+ Eigensteife Konstruktion+ Stäbe nur auf Zug/Druck belastet+ Alle Antriebe identisch, Wiederholteile+ Geringe bewegte Massen+ Einfache Gestellbauweise

- hoher Steuerungsaufwand- aufwändige Lagerung der Stäbe- aufwendiges Wegmesssystem- große thermische Wirklängen- ungünstiges Verhältnis von Arbeitsraum zu

Maschinenvolumen

Bild: Okuma Bild: ITIA-CNR

Vorführender


Seit ca. Mitte der neunziger Jahre werden Werkzeugmaschinen mit parallelkinematischen Strukturen zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen Werkzeug und Werkstück eingesetzt. Bei parallelkinematischen Maschinen wirken alle Bewegungsachsen direkt auf eine zu bewegende Plattform, die die Hauptspindel mit Werkzeug trägt. Neben den hybriden Lösungen, bei denen nur ein Teil der Vorschubachsen parallele Strukturen aufweist, stellen die abgebildeten Maschinen Beispiele für rein parallelkinematische Konzepte dar. Die Konzepte basieren auf dem Hexapod-System. Hexapod (Hexa griech.: Sechs, pod griech.: Fuß) Vorteile der Hexapod-Struktur + Eigensteife Konstruktion + Stäbe nur auf Zug/Druck belastet + Alle Antriebe identisch, Wiederholteile + Geringe bewegte Massen + Einfache Gestellbauweise Nachteile der Hexapod-Struktur - Hoher Steuerungsaufwand - Aufwändige Lagerung der Beine - Aufwendiges Wegmesssystem - Große thermische Wirklängen - Ungünstiges Verhältnis von Arbeitsraum zu Maschinenvolumen

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Fräsmaschinen - Bearbeitungsbeispiele

Bild: Hermle, Gosheim

Verdichterrad

Zylinderblock

Zahnradfertigung

Turbinenschaufeln


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Bohren, Senken, ReibenDefinitionen nach DIN 8589-2:Bohren: Spanen mit kreisförmiger Schnittbewegung, bei dem die Drehachse des Werkzeuges und dieAchse der zu erzeugenden Innenfläche identisch sind und die Vorschubbewegung in Richtung dieser AchseverläuftSenken: Bohren zur Erzeugung von senkrecht zur Drehachse liegenden Planflächen oderrotationssymmetrischen Kegel- und FormflächenReiben: Aufbohren mit geringer Spannungsdicke, zur Erhöhung der Oberflächengüte

Bohrenins Volle

Zentrier-bohren

Profil-senken

Gewindebohren

Reiben

Kernbohren

f

n


Quelle: Dubbel, 21. Aufl.

Vorführender


Definitionen nach DIN 8589-2: Bohren: Spanen mit kreisförmiger Schnittbewegung, bei dem die Dreh-achse des Werkzeuges und die Achse der zu erzeugenden Innenfläche identisch sind und die Vorschubbewegung in Richtung dieser Achse verläuft Senken: Bohren zur Erzeugung von senkrecht zur Drehachse liegenden Planflächen oder rotationssymmetrischen Kegel- und Formflächen Reiben: Aufbohren mit geringer Spannungsdicke, zur Erhöhung der Oberflächengüte

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Fräs- und Tiefbohrzentrum


Anwendung und Merkmale:

• kombiniertes Tieflochbohren und Fräsen in bis zu 5 Achsen mit hohem Automatisierungsgrad

• schwenkbare Bohr-/ Fräseinheit mit integriertem Werkzeugwechsler

• maximale Bohrlänge 1200 mm, Tischbelastung bis 15000 kg

Bild: IXION, Hamburg

WerkzeugmagazinMaschinenumhausung Schwenkbare Bohr-/ Fräseinheit

Drehtisch BohrspindelBohrer

Vorführender


Das Fräs- und Tiefbohrzentrum ermöglicht die kombinierte Fräs- und Tiefbohrbearbeitung in bis zu 5 Achsen. Das integrierte Werkzeugwechselsystem verfügt über ein Magazin mit 24 Werkzeugen und gestattet damit einen hohen Automatisierungs-grad.

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Hobeln, StoßenDefinitionen nach DIN 8589-4:Spanen mit wiederholter, meist geradliniger Schnittbewegung und schrittweiser, zur Schnittrichtungsenkrechter Vorschubbewegung.ANMERKUNG: In der Metallbearbeitung kann zwischen Hobeln und Stoßen unterschieden werden, wobeibeim Hobeln die Schnittbewegung durch das Werkstück, beim Stoßen durch das Werkzeug ausgeführtwird.

Planhobeln Senkrechtstoßen

Vorschub

Vorschub

Schnitt-geschwindigkeit

Rücklauf-geschwindigkeit

Rücklaufgeschwindigkeit

SchnittgeschwindigkeitSchnitttiefe

Schnitttiefe


Quelle: Dubbel

Vorführender


Definitionen nach DIN 8589-4: Spanen mit wiederholter, meist geradliniger Schnittbewegung und schrittweiser, zur Schnittrichtung senkrechter Vorschubbewegung. ANMERKUNG: In der Metallbearbeitung kann zwischen Hobeln und Stoßen unterschieden werden, wobei beim Hobeln die Schnitt-bewegung durch das Werkstück, beim Stoßen durch das Werkzeug ausgeführt wird.

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Stoßmaschinen

Bild: Liebherr, Biberach

Bild: Balzat, Bergheim

Profilstoßmaschine Wälzstoßen von Zahnprofilen


Anwendung:

• Herstellung von Nuten und Verzahnungen

• besondere Eignung für Verzahnungen mit kleinem Auslauf

• wirtschaftliche Fertigung kleiner Stückzahlen

Vorführender


Einsatzgründe: Wälzstoßen von Zahnradprofilen: Für Innenverzahnung, wenn auf eine nachträgliche Feinbearbeitung verzichtet werden soll und/oder die wirtschaftlichere Fräsbearbeitung nicht möglich ist Herstellung kleiner Stückzahlen (geringere Anschaffungskosten der Werkzeuge im Vergleich zum Wälzfräsen) Vorteile gegenüber Wälzfräsen: kleiner Auslauf -> Herstellung von Stufenwellen möglich Herstellung von Innenverzahnungen mit Doppelschrägver-zahnung möglich

Folie 28


Prinzip der Räumbearbeitung

Definitionen nach DIN 8589-5:Räumen ist Spanen mit einem mehrzahnigen Werkzeug, dessen Schneidzähne hintereinander liegen und jeweils um eine Spanungsdicke gestaffelt sind.Die Vorschubbewegung wird durch die Staffelung der Schneidzähne ersetzt. Die letzten Zähne des Räumwerkzeuges haben das am Werkstück gewünschte Profil.

Innenräumwerkzeug

Kalibrierteil

Schlichtteil

Schruppteil

Führung

Schaft

Senkrecht-Außenräumbearbeitung

Bild: Hoffmann Räumtechnik, Pforzheim

Schnittbewegung

Rückführbewegung

Drehmaschinen Fräsmaschinen Bohrmaschinen Hobel- und Stoßmaschinen Räummaschinen Sägemaschinen

Vorführender


Definitionen nach DIN 8589-5: Räumen ist Spanen mit einem mehrzahnigen Werkzeug, dessen Schneidzähne hintereinander liegen und jeweils um eine Spanungsdicke gestaffelt sind. Die Vorschubbewegung wird durch die Staffelung der Schneidzähne ersetzt. Die letzten Zähne des Räumwerkzeuges haben das am Werkstück gewünschte Profil. Bild links: Räumen von Schwalbenschwanz- und Tannenbaum-profilnuten in Verdichter- oder Turbinenscheiben von Gasturbinen, max. Durchmesser: 2m Räummaschinen werden vor allem in der Großserienfertigung eingesetzt Die Schnittbewegungen der Räummaschinen können mechanisch oder hydraulisch erzeugt werden. Für das Innenräumen werden Spannvorrichtungen nur in Ausnahme-fällen benötigt (Selbstzentrierung).

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Drallräummaschine

Bild: Karl Klink, Niefern-Öschelbronn



• Räumkraft: 1000 kN

• Räumhub: 2800 mm

• Doppelständerbauweise für zentrischen Kraftangriff, geeignet für große Räumkräfte

Hydraulische Spannvorrichtung

Werkzeug

Werkstück

Vorführender


Für die Fertigung von Drallnuten ist das Werkstück zu spannen, i.d.R. erfolgt dies durch eine hydraulische Spannvorrichtung. Die drallförmige Bewegung des Werkzeugs wird CNC-gesteuert. Vorteile der senkrechten Bauweise: geringer Platzbedarf, keine Durchbiegung des Räumwerkzeugs durch Eigengewicht

Folie 30


Räummaschinen – Anwendungsbeispiel

Quelle: Hoffmann, Pforzheim

Film: Innenräumen (1 min)


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Räumwerkzeuge und Bearbeitungsbeispiele

Räumwerkzeuge

Bild: Hoffmann, Pforzheim

Bild : Hoffmann, Pforzheim

Bearbeitungsbeispiele

Bild : Karl Klink, Niefern-Öschelbronn Bild : Frömag, Fröndenberg


Vorführender


Abbildungen oben: Außenräumwerkzeuge Bearbeitungsbeispiele: Schrägverzahnungen und Innenprofile Schrägverzahntes Innenprofil, erzeugt durch Drallräumen Beispiel für die Innen- und Außenräumbearbeitung

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SägemaschinenDefinition nach DIN 8589-6:Sägen ist Spanen mit kreisförmiger oder gerader Schnittbewegung, mit einem vielzahnigen Werkzeug von geringer Schnittbreite, wobei die Schnittbewegung vom Werkzeug ausgeführt wird.

Quelle: Weck - Werkzeugmaschinen

Bügelsäge

Bandsäge

Fräsmaschinen Bohrmaschinen Hobel- und Stoßmaschinen Räummaschinen Sägemaschinen Bearbeitungszentren

Kreissäge

Vorführender


Definition nach DIN 8589-6: Sägen ist Spanen mit kreisförmiger oder gerader Schnittbewegung, mit einem vielzahnigen Werkzeug von geringer Schnittbreite, wobei die Schnittbewegung vom Werkzeug ausgeführt wird. Darstellung der verschiedenen Grundbauformen von Säge-maschinen.

Folie 33


Sägemaschinen für den manuellen Werkstatteinsatz

Bild : Kasto, Achern-Gamshurst

Fräsmaschinen Bohrmaschinen Räummaschinen Sägemaschinen BearbeitungszentrenHobel- und Stoßmaschinen

Merkmale:Kreissäge Bandsäge Bügelsäge

• steifes Werkzeug• kleine Materialquerschnitte• hohe Zerspanleistung• Schnittoberfläche mit günstigerRauhtiefe

• automatisierbar

• universelles Sägeverfahren• geringe Schnitt- undSpannkräfte

• große Querschnitte zerspanbar• niedriger Energieverbrauch• wenig Verschnitt

• stoßender, bogenförmiger Räumschnitt

• kompakt, stabil• einfache Bedienung• günstige Werkzeugkosten• Universalhydraulik

Vorführender


Sägemaschinen für den manuellen Werkstatteinsatz Zu Bügelsägen: Universalhydraulik: selbsttätig wirkende Vorschub-anpassung, bei Ansteigen der Vorschubkraft (Sägen veränderlicher Querschnitte) wird der Druck im Hydrauliksystem und damit die Vorschubgeschwindigkeit begrenzt. Dies verhindert die Überlastung von Werkzeug und Maschine.

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Sägemaschinen für die automatisierte Fertigung

Vollautomatische Bandsäge

Kreissäge-automat

Bild : Kasto, Achern-Gamshurst



• automatisierte Fertigung mit Werkstücktransport für die Großserienproduktion

• vollhydraulische Spann- und Vorschubeinrichtungen

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Bearbeitungszentren

Bearbeitungszentren integrieren mehrere Fertigungsoperationen (z.B. Bohren, Fräsen, Reiben,Gewindeschneiden) für die numerisch gesteuerte Bearbeitung prismatischer Werkstücke in einerAufspannung. Wichtigste Eigenschaft ist ein hoher Automatisierungsgrad bei großer Flexibilität, realisiertdurch numerische Steuerung, automatischen Werkzeugwechsel aus entsprechend großen Magazinenund einen Drehtisch für die Mehrseitenbearbeitung des Werkstücks.(Quelle: Uhlmann, Dubbel, 21. Aufl.)

Bild : Hermle, Gosheim

Werkzeugspeicher


Vorführender


Definition Bearbeitungszentren: Bearbeitungszentren integrieren mehrere Fertigungsoperationen (z.B. Bohren, Fräsen, Reiben, Gewindeschneiden) für die numerisch gesteuerte Bearbeitung prismatischer Werkstücke in einer Aufspannung. Wichtigste Eigenschaft ist ein hoher Automatisierungs-grad bei großer Flexibilität, realisiert durch numerische Steuerung, automatischen Werkzeugwechsel aus entsprechend großen Magazinen und einen Drehtisch für die Mehrseitenbearbeitung des Werkstücks.

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Dreh- / Fräszentrum

Bild: Traub, Reichenbach realisierbare Werkstücke


• kombinierte Dreh- und Fräsbearbeitungen

• hohe Flexibilität durch modulares Baukastensystem

• simultanes, unabhängiges Arbeiten mit bis zu 4 Werkzeugträgern

bis zu 4 Werkzeugträger

modularer Aufbau


Vorführender


Die abgebildete Maschine ist mit Haupt- und Gegenspindel ausgestattet und erlaubt somit komplexe Front- und Rückseiten-bearbeitung der Werkstücke. Aufgrund des modularen Konzeptes kann das Dreh-/Fräszentrum sehr gut auf Kundenwünsche angepasst werden.

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Bearbeitungszentren – Anwendung I

Quelle: Chiron, Tuttlingen

Film: Komplettbearbeitung Schwenkspindel (1:12 min)


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Bearbeitungszentren – Anwendung II

Quelle: STAMA, Schlierbach

Film: Komplettbearbeitung mit Doppelspindel (1:30 min)


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