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Drehen - Drehen Bearbeitung

Karusselldrehmaschinen

Große Brocken besser liegend drehen

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 268 - 274

Karusselldrehmaschinen mit waagerechter Planscheibe eignen sich bevorzugt zum Bearbeiten schwerer oder sperriger Werkstücke. Die Aufspannfläche ist leicht zu erreichen, die Werkstücke sind bequem aufzuspannen, meist liegen sie in der späteren Einbaulage. Zum hochgenauen Komplettbearbeiten in einer Aufspannung bieten Karusseldrehmaschinen umfangreiche Zusatzaustattungen.

Für Einzel- und Serienfertigung

Die Karusselldrehmaschine ist durch die sich um eine senkrechte Achse drehende Planscheibe und das darauf gespannte Werkstück gekennzeichnet. Daraus erklärt sich ihr Einsatz als Bearbeitungsmaschine schwerer oder sperriger Werkstücke. Wesentliche Gesichtspunkte sind die leichte Zu- und Abfuhr sowie Aufspannung der Werkstücke auf der horizontalen Planscheibe. An großen Teilen strebt man die Bearbeitung in der späteren Einbaulage an, die häufig der Aufnahme auf der horizontalen Planscheibe entspricht. Schließlich verlangen sehr genau zu fertigende Werkstücke ein Bearbeiten in möglichst einer Aufspannung. Hier bietet die Karusselldrehmaschine durch Zusatzeinrichtungen für spezielle Arbeitsvorgänge vielfältige Lösungsmöglichkeiten. Diesen Vorteilen stehen relativ schlechte Spanabfuhr sowie die beim Karusselldrehen teilweise verfahrensbedingte veränderliche Werkzeugauskragung gegenüber. Karusselldrehmaschinen kommen heute in sämtlichen Bereichen des Maschinen-, Triebwerk- und Apparatebaus zur Anwendung. Mit ihnen werden vorwiegend Einzelwerkstücke oder kleinere Serien bearbeitet.

Die Entwicklung einer Drehmaschine mit senkrechter Drehachse geht auf den Schweizer Ingenieur Bodmer zurück. Maschinen dieser Bauart wurden erstmalig gegen Ende des 19. Jahrhunderts in den USA, später auch in Europa, verwirklicht. Sehr früh wurden bereits Maschinen in Einständer- und auch Zweiständerbauweise entwickelt, und zwar sowohl mit ortsfesten als auch verfahrbaren Ständern bzw. Untersätzen sowie mehreren Werkzeugträgern. Anfang der dreißiger Jahre löste die Entwicklung von Wasserturbinen mit immer größeren Gehäuseabmessungen den Bau größter Zweiständer-Karusselldrehmaschinen mit verfahrbarem Portal aus. Die Maschinen erreichten schließlich Planscheibendurchmesser von 18 m bei einem maximalen Drehdurchmesser von 25 m. Da eine Auslastung durch Großteile nur in Einzelfällen gegeben war, entwickelte man kombinierbare Kern- und Ringplanscheiben, um auch kleinere Werkstücke bei höheren Drehzahlen wirtschaftlich bearbeiten zu können. Dies führte jedoch zu sehr aufwendigen Konstruktionen.

Nach dem zweiten Weltkrieg setzte sich zur Bearbeitung großer Einzelwerkstücke unterschiedlicher Abmessungen die offene Einständer-Karusselldrehmaschine mit verfahrbarem Ständer oder Untersatz durch. Dieser Maschinentyp kam ursprünglich nur für leichtere Werkstücke und geringe Zerspanleistung zum Einsatz. Nach Entwicklung entsprechend steifer Konstruktionen löste er jedoch wegen seiner spezifischen Vorteile in den meisten Fällen die Zweiständer-Bauweise ab. Heute kommen offene Einständer-Maschinen jedoch nur noch selten zur Anwendung, da auch bei steifer Konstruktion prinzipbedingt Nachteile hinsichtlich der Genauigkeit und der erzielbaren Spanleistung im Vergleich zur Portalbauweise bestehen.

Wirtschaftlich und zuverlässig durch moderne Komponenten

Neben den grundlegenden Entwicklungen im Maschinenaufbau beeinflussten in den letzten Jahren weiterentwickelte Konstruktionselemente entscheidend die Leistungsfähigkeit von Karusselldrehmaschinen. Wälzlager oder hydrostatische Lager lösten die hydrodynamische Planscheibenlagerung ab. Sie erhöhten wegen der geringeren Reibverluste den Wirkungsgrad bei verbesserter Arbeitsgenauigkeit. Die Weiterentwicklung großer Präzisionswälzlager hat mittlerweile auch die hydrostatische Planscheibenlagerung weitgehend verdrängt. Die hydrostatische Planscheibenlagerung ist konstruktiv aufwendig und somit teuer in der Herstellung. Zudem sind aufwendige Notstrategien erforderlich, um bei etwaigem Druckverlust des Hydrostatiköls das dann unvermeidliche und katastrophale Fressen des Hydrostatiklagers zu vermeiden. Der enorme Mehraufwand des Hydrostatiklagers rechtfertigt in den meisten Anwendungsfällen nicht die marginalen Vorteile gegenüber der Wälzlagerung. Prinzipbedingt sind mit der Wälzlagerung zudem höhere Drehzahlkennwerte erreichbar, was die Wirtschaftlichkeit im Vergleich weiter steigert.

Alle modernen Karusselldrehmaschinen verfügen heute über NC-Steuerungen. Die überwiegende Anzahl der heute gebauten Drehmaschinen verfügt zudem über einen in den Stößel integrierten Bohr- und Fräsantrieb, der in Verbindung mit peripheren Systemen wie Werkzeugmagazin und evtl. Werkstückwechsler aus der originären Drehmaschine ein automatisiertes Bearbeitungszentrum macht. Die Vorschubantriebe basieren auf Servomotoren mit nachgeschaltetem Kugelgewindetrieb (KGT) für jede einzelne Verfahrachse. Bei langen Verfahrachsen (z. B. Bei großen Portalmaschinen) kommen zunehmend auch Ritzel-Zahnstangen-Antriebe mit Master-/Slave-Antrieben zum Einsatz. Als Hauptantriebe dienen drehzahlgeregelte Asynchronmotore. Auch hier findet die Master-/Slave-Technik zunehmend Anwendung, da einerseits sehr hohe Antriebsleistungen erreichbar sind und gleichzeitig durch Verspannung der geregelte C-Achs-Antrieb für Bohr- und Fräsarbeiten ermöglicht wird. Bei einsträngigen Hauptantrieben muss der C-Achs-Antrieb über zusätzlich einkuppelbare Servoantriebe dargestellt werden. Rotatorische Direktantriebe in Synchronbauweise (vergleichbar dem linearen Direktantrieb) haben sich bei leistungs- und drehmomentstarken Karusselldrehmaschinen bislang nicht durchgesetzt.

Ein- und Zweiständer sowie Portale in der Praxis bewährt

Abb. 5.211: Einständer-Karusselldrehmaschine mit einem Drehsupport und verfahrbarem Querbalken

Die unterschiedlichen Ausführungen von Karusselldrehmaschinen gehen auf wenige Grundtypen zurück. Abbildung 5.211 zeigt die am meisten verbreitete Einständer-Karusselldrehmaschine mit ortsfestem Ständer und Untersatz sowie verfahrbarem Querbalken. Sie kommt für Durchmesser zwischen etwa 1.400 und 3.000 mm zum Einsatz und kann mehrere Werkzeugschlitten aufnehmen. In der Praxis überwiegen Maschinen mit ein bis zwei Schlitten. Die Querbalkenschlitten überstreichen den Radius rechts bzw. links der Drehmitte und damit den gesamten Arbeitsbereich. Ein Querbalkenschlitten kann mit dem Querbalken unmittelbar oberhalb des Werkstückes angestellt und für Innen-, Außen- sowie Planbearbeitung eingesetzt werden. Bei Schlittenstellung rechts von der Drehmitte wirkt die Schnittkraft in Richtung auf Querbalken- bzw. Ständerführung, bei Stellung links von der Drehmitte ist dies umgekehrt, sodass die Schnittkraft auf den Umgriff der Führung wirkt. Daher ist für Linksschlitten die Belastbarkeit eingeschränkt. Als Faustregel kann man von ca. 2⁄3 der Belastbarkeit ausgehen.

Maschinen zur Bearbeitung überwiegend flacher Teile mit wenig veränderlicher Drehhöhe haben häufig einen festen Querbalken. Diese Einständer-Bauweise erreicht bei etwa 3000 mm Drehdurchmesser ihre konstruktiven Grenzen und wird bei größeren Durchmessern von der Zweiständer-Karusselldrehmaschine abgelöst. Zweiständermaschinen kommen mit festem Untersatz (Abb. 5.212 a) oder verfahrbarem Untersatz (Abb. 5.212 b) zur Ausführung, wodurch sich der Drehdurchmesser vergrößern sowie das Beladen der Planscheibe erleichtern lässt. Zudem lassen sich mit dem verfahrbaren Untersatz auch prismatische Elemente an den Bauteilen bearbeiten, da die Maschine mit der Verfahrachse des Untersatzes (Y-Achse) über drei kartesische Achsen verfügt. Betrachtet man die Zweiständermaschine mit verfahrbarem Untersatz, so erkennt man eine große Ähnlichkeit zu einer Portalfräsmaschine in Tischbauweise. Der wesentliche Unterschied zwischen diesen Maschinen besteht einerseits natürlich im Drehtisch, andererseits bestehen signifikante Unterschiede in der konstruktiven Ausführung des Werkzeugträgers (Z-Schiebers). Auf spezifische Konstruktionsmerkmale von Karusselldrehmaschinen soll im Folgenden eingegangen werden.

Abb. 5.212: Karusselldrehmaschinen für Drehdurchmesser über 3000 mm, a) Zweiständermaschine mit festem Untersatz, b) Zweiständermaschine mit verfahrbarem Untersatz

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 268 - 274
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