nach oben
Meine Merkliste
Ihre Merklisteneinträge speichern
Wenn Sie weitere Inhalte zu Ihrer Merkliste hinzufügen möchten, melden Sie sich bitte an. Wenn Sie noch kein Benutzerkonto haben, registrieren Sie sich bitte im Hanser Kundencenter.

» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.
Ihre Merklisten
Wenn Sie Ihre Merklisten bei Ihrem nächsten Besuch wieder verwenden möchten, melden Sie sich bitte an oder registrieren Sie sich im Hanser Kundencenter.
» Sie haben schon ein Benutzerkonto? Melden Sie sich bitte hier an.
» Noch kein Benutzerkonto? Registrieren Sie sich bitte hier.

« Zurück

Ihre Vorteile im Überblick

  • Ein Login für alle Hanser Fachportale
  • Individuelle Startseite und damit schneller Zugriff auf bevorzugte Inhalte
  • Exklusiver Zugriff auf ausgewählte Inhalte
  • Persönliche Merklisten über alle Hanser Fachportale
  • Zentrale Verwaltung Ihrer persönlichen Daten und Newsletter-Abonnements

Jetzt registrieren
Merken Gemerkt
Drehen - Drehen Bearbeitung

Drehmaschinen für die HSC-Bearbeitung

Schneller, schneller

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 285 - 288

Für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung werden heute marktgängige Drehmaschinen eingesetzt, deren Aufbau und Leistungsfähigkeit entsprechend hohe Schnittgeschwindigkeiten ermöglichen. Verglichen mit üblichen Drehzentren zur Komplettbearbeitung verfügen sie insbesondere über speziell ausgeführte Hauptspindeln.

Hochentwickelte automatische Drehmaschinen, häufig als Drehzentren oder Dreh-Fräs-Zentren bezeichnet, sind Werkzeugmaschinen, bei deren Einsatz häufig das Ziel der Komplettbearbeitung verfolgt wird (Abb. 5.232). Das heißt, es wird angestrebt, Werkstücke in einem Bearbeitungszyklus vollständig herzustellen. Um dieses Ziel zu erreichen, bieten solche Maschinen ein breites Spektrum an Bearbeitungsmöglichkeiten an. Stand der Technik sind Maschinen, auf denen alle gängigen Drehoperationen, ausgenommen Langdrehoperationen, möglich sind und gleichzeitig Frästechnologie bis hin zum Abwälzfräsen von Verzahnungen angeboten wird, um die Komplettbearbeitung durchführen zu können. Darüber hinaus werden teilweise auch Schleifprozesse integriert. Maschinen, die Möglichkeiten zur Wärmebehandlungen mit Hilfe von Lasern oder kompakten Induktionshärteaggregaten integrieren, sind heute noch eher selten anzutreffen.

Abb. 5.232: Arbeitsraum eines Dreh-Fräs-Zentrums zur Komplettbearbeitung (Werkbild INDEX)

Abb. 5.232: Arbeitsraum eines Dreh-Fräs-Zentrums zur Komplettbearbeitung (Werkbild INDEX)

Vor diesem Hintergrund wird deutlich, dass Drehmaschinen, die ausschließlich zur Hochgeschwindigkeitsbearbeitung dienen, ein sehr begrenztes Einsatzspektrum haben. Für Hochgeschwindigkeitsdrehprozesse werden deshalb marktgängige Drehmaschinen eingesetzt, deren Aufbau und Leistungsfähigkeit solche Bearbeitungsprozesse ermöglicht. Dadurch sind die Hochgeschwindigkeitsprozesse auf den unteren Bereich der Schnittgeschwindigkeiten beschränkt.

Was zählt als Hochgeschwindigkeit?

Eine sinnvolle Definition des Begriffs Hochgeschwindigkeitszerspanung erfolgt über die Schnittgeschwindigkeit und das Bearbeitungsverfahren, auf das der Begriff Hochgeschwindigkeitsbearbeitung bezogen wird (Icks 1981). Diese Definition erfasst die Eigenschaften der zu zerspanenden Werkstoffe nur kursorisch und liefert untere und obere Schranken für die Schnittgeschwindigkeit. Bei der Zerspanung von Stahl beispielsweise liegt die kleinste Schnittgeschwindigkeit für Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in der Größenordnung von 500 m/min, bei der Aluminiumzerspanung sind dies Schnittgeschwindigkeiten von mindestens 2.000 m/min. Als Obergrenze für Hochgeschwindigkeitsdrehprozesse gibt Icks eine Schnittgeschwindigkeit von 10.000 m/min an. Die Schnittgeschwindigkeit wird beim Drehen durch das rotierende Werkstück realisiert, damit ist die zentrale technische Forderung an die Maschine, dass die erforderlichen Werkstückspindeldrehzahlen erreicht werden können und dass bei diesen Drehzahlen hinreichend Leistung für den Zerspanprozess verfügbar ist.

Aufbau von Drehmaschinen für Hochgeschwindigkeitsprozese

Abb. 5.233: Konstruktiver Aufbau eines marktüblichen Drehfräszentrums (Werkbild INDEX)

Abb. 5.233: Konstruktiver Aufbau eines marktüblichen Drehfräszentrums (Werkbild INDEX)

In Abbildung 5.233 ist der konstruktive Aufbau einer marktgängigen Drehmaschine dargestellt. Auf einem Maschinenbett sind die Hauptspindel und die für Drehprozesse mindestens in Längs- und Querrichtung der Rotationsachse des Werkstücks (Z- und X-Achse) bewegbaren Werkzeugträger sowie die in Z-Richtung bewegbare Gegenspindel erkennbar. Der Arbeitsraum ist durch bewegbare und feste Blechabdeckungen (Abb. 5.234) vom Antriebsraum der Maschine getrennt, um zu verhindern, dass der technische Aufbau der Maschine durch Späne und Kühlschmierstoff verschmutzt wird. Die Maschinenverhaubung (Abb. 5.234) kapselt die gesamte Maschine gegenüber der Umgebung. Der Arbeitsraum ist durch eine bewegbare Türe – häufig als Schiebehaube ausgeführt – zugänglich. Wesentliche Funktion der Verhaubung ist das Rückhalten von Werkstücken, Werkzeugen oder Spannbacken, die sich durch Störungen im Bearbeitungsprozess oder an der Maschine losreißen und mit hoher Geschwindigkeit durch den Arbeitsraum fliegen können. Weiterhin wird der Maschinenbediener und die Umgebung der Maschine vor Spänen und dem in großen Mengen verwendeten Kühlschmierstoff (Öl-in-Wasser-Emulsion oder spezielles Kühlöl) geschützt. Dieser prinzipielle Aufbau ist in gleicher oder ähnlicher Form bei vielen Maschinen anzutreffen.

Abb. 5.234: Einsatzbereites Dreh-Fräs-Zentrum

Abb. 5.234: Einsatzbereites Dreh-Fräs-Zentrum

Steif und gut dämpfend gegründet – das Maschinenbett

Das Maschinenbett ist das zentrale Element im Kraftfluss einer Werkzeugmaschine. Sowohl die Werkstückspindel, in der das zu bearbeitende Rohteil gespannt ist, als auch die Werkzeugträger sind am Maschinenbett befestigt. Je nach Topologie der Maschine sind entweder Spindel oder Werkzeugträger fest am Maschinenbett angebaut. Die jeweils andere Einheit kann relativ zur festen Einheit bewegt werden, um die Zustell- und Vorschubbewegung zu realisieren. Als zentrales Element im Kraftfluss hat das Maschinenbett große Bedeutung bei Prozessfähigkeit und Genauigkeit der Maschine. Die geometrische Genauigkeit der Maschine erfordert hohe Steifigkeit. Durch gute Dämpfungseigenschaften trägt das Maschinenbett dazu bei, dass Anregungen der Maschinenstruktur, die beispielsweise aus der Unwucht des Werkstücks erfolgen, keine negative Auswirkung zeigen (Schneider 1996).

Bestimmen die Genauigkeit beim Vorschub – die Werkzeugträger

Bei konventionellem Maschinenaufbau führen die Werkzeugträger beim Drehen die Vorschub- und Zustellbewegungen aus. Steifigkeit und die Güte ihrer Achsbewegungen bestimmen maßgebend die geometrische Qualität der gefertigten Werkstücke. Da bei Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die Prozesskräfte tendenziell sinken, sind die Vorschubsysteme und Werkzeugträger verfügbarer Drehmaschinen hinsichtlich ihrer Steifigkeit und Festigkeit grundsätzlich für solche Prozesse geeignet.

Drehzahlen bis 10.000 /min – die Hautpspindeln

Eine Drehmaschinenspindel, die für Hochgeschwindigkeitsdrehprozesse geeignet ist, muss die notwendige Schnittgeschwindigkeit und die für die Zerspanung erforderlichen Momente bereitstellen. Schnittgeschwindigkeiten von 500 m/min – der unteren Grenze der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Stahl – sind mit verfügbaren Hauptspindeln für Bearbeitungsdurchmesser ab ca. 30 mm Durchmesser erreichbar (Abb. 5.235). Eine Schnittgeschwindigkeit von 2000 m/min, der unteren Grenze für die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung von Leichtmetallen, ist mit heutigen Hauptspindeln erst ab einem Bearbeitungsdurchmesser von ca. 100 mm darstellbar. In Abbildung 5.235 sind die durchmesserabhängigen Hauptspindeldrehzahlen für Schnittgeschwindigkeiten von 500 bis 10.000 m/min aufgetragen. Das grau angelegte Feld zeigt die Drehzahlbereiche von Drehmaschinenspindeln verschiedener Baugröße, wie sie für den jeweiligen Werkstückdurchmesser eingesetzt werden.

Abb. 5.235: Hauptspindeldrehzahlen für Hochgeschwindigkeitsdrehprozesse

Typische Leistungen aktueller Drehmaschinenspindeln sind in Tabelle 5.8 dargestellt. Mit diesen Spindeln sind die Schnittgeschwindigkeiten im unteren Segment der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung erreichbar. Um ins obere Drittel der Hochgeschwindigkeitszerspanung vorzustoßen, ist eine Steigerung der Spindeldrehzahlen um den Faktor 3 bis 4 erforderlich.

Tab. 5.8: Technische Daten aktueller Drehmaschinenspindeln

Diese wesentliche Steigerung der Drehzahlen erfordert eine weitreichende konstruktive Überarbeitung der Hauptspindel, die bis zur Erarbeitung vollständig neuer Konzepte gehen kann. Die Wälzlagerung der Spindel muss so angepasst werden, dass das gewünschte Drehzahlband dauerhaft erreichbar ist, ohne dass die genauigkeitsbestimmende Steifigkeit der Lagerung verloren geht. Von Werkzeugspindeln in Bearbeitungszentren ist bekannt, dass die Wälzlagertechnik heute Lösungen für sehr hohe Spindeldrehzahlen anbietet. Eine Adaptierung auf Drehmaschinenspindeln bedarf dabei sorgfältiger Untersuchung der deutlich abweichenden Randbedingungen im Betrieb, insbesondere der hohen Anforderungen an die Lebensdauer der Drehmaschinenspindel.

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 285 - 288
Special 150 Jahre WB Werkstatt+Betrieb

Zum Special

Special Retrofit

Zum Special

Special Zerspanung von Leichtbauwerkstoffen

Zum Special