CARL HANSER VERLAG. Klaus-J. Conrad. Taschenbuch der Werkzeugmaschinen

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1 CARL HANSER VERLAG Klaus-J. Conrad Taschenbuch der Werkzeugmaschinen

2 Inhaltsverzeichnis Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik 1 Einführung Fertigungsverfahren Einflussgrößen auf Maschinenkonzepte Bezeichnungen der Werkzeugmaschinen Anwenderkriterien für Auswahl und Einsatz von Werkzeugmaschinen Prozessorientierung Organisation Prozessorientierte Organisation Prozessmanagement Ablaufdiagramme Wissensorientierung Technische Kapazität Kapazität von Betriebsmitteln Kapazität von Menschen Kostengrundlagen der Werkzeugmaschinen Life-Cycle-Cost Gliederung der Kostenarten Break-even-Diagramm Bestimmung der einzelnen Kostenarten Ablauf einer Kostenrechnung Standardsituationen Fertigungsautomatisierung Fertigungsmesstechnik Allgemeine Grundlagen der Messtechnik Messtechnische Grundbegriffe Struktur der Messeinrichtung Einheiten und Einheitensystem Messprinzipien, -methoden und -verfahren Messfehler Fehlerursachen Fehlergruppen Fehlerfortpflanzung Statistische Auswertung Stichprobenkenngrößen Normalverteilung Vertrauensintervalle Messen geometrischer und mechanischer Größen Längen und Winkelmessung

3 8 Inhaltsverzeichnis Werkstattmessgeräte (mech. Aufnehmer) Resistive Aufnehmer Induktive und kapazitive Aufnehmer Pneumatische Aufnehmer Inkrementale Aufnehmer Codierte Weg- und Winkelaufnehmer Laserinterferometrische Längenmessung Messen mechanischer Größen Kraftmessung Drehmomentenmessung mit DMS Druckmessung Zeit und Drehzahlmessung Temperaturmessung Die Internationale Temperaturskala Widerstandsthermometer Thermoelemente Statistische Fertigungsüberwachung Qualitätsregelkarten Aufbau der Qualitätsregelkarten Festlegung der Grenzwerte Beurteilungskriterien Qualitätsregelkarten mit Gedächtnis Prozessfähigkeitskennzahlen Prüfmittelüberwachung Charakteristische Prüfmitteleigenschaften Kalibrierkette (Rückführung) Gerätespezifische Überwachung Prüfaufgabenbezogene Überwachung Industrielle Steuerungstechnik Instandhaltung von Werkzeugmaschinen Instandhaltung im Wandel Aufgaben und Ziele der Instandhaltung Begriffe der Instandhaltung Inspektion Wartung Instandsetzung Ausfallrate Ausfallursachen Instandhaltungskosten Instandhaltungsstrategien Die schadens- oder ausfallorientierte Instandhaltung Präventivstrategie (Ersatzstrategie).. 135

4 Inhaltsverzeichnis Inspektionsstrategie (Zustandsorientierte Instandhaltung) Periodische Strategie Auswahl der richtigen Strategie Instandhaltungsstrategien auf einen Blick Die zustandsorientierte Instandhaltung (Condition Monitoring) Outsourcing von Instandhaltungstätigkeiten EDV-Einsatz in der Instandhaltung Total Productive Maintenance (TPM) Die schlanke Produktion Der Begriff TPM Erhöhung der Gesamtanlageneffizienz Einführung von TPM Der Weg zur Weltklasse-Instandhaltung 148 Werkzeugmaschinen Aufbau und Baugruppen 9 Grundlagen Definition und Klassifizierung der Werkzeugmaschinen Anforderungen Genauigkeitskennwerte Steifigkeit Statische Steifigkeit Dynamische Steifigkeit Thermische Stabilität Prozesssicherheit Sonstige Anforderungen Aufbau von Werkzeugmaschinen Gestell Gestellkonzepte Werkstoffe Führungen Anforderungen Wirkprinzipien von Führungen Hydrodynamische Gleitführungen Hydro- und aerostatische Gleitführungen Wälzführungen Geometrie der Führungselemente Hauptantrieb Hauptantriebe mit gestufter Drehzahlstellung Hauptantriebe mit stufenloser Drehzahlregelung Hauptantriebe mit translatorischer Schnittbewegung

5 10 Inhaltsverzeichnis 13 Vorschubantriebe Vorschubantriebe mit rotatorischen Servoantrieben Vorschubantriebe mit elektrischem Linearmotor Hauptspindel Einteilung und Ausführung Wälzgelagerte Hauptspindeln Schnittstellen für Werkzeuge und Spannmittel Allgemeines Schnittstellen an Drehmaschinen Schnittstellen für Werkzeuge Schnittstellen für Werkstückspannmittel Schnittstellen an Bohr- und Fräsmaschinen Schnittstellen für Werkzeuge Schnittstellen für Werkstückspannmittel Spannmittel Allgemeines Spannmittel an Drehmaschinen Grundlagen Typische Spannzeuge Spannmittel an Fräsmaschinen Spannmittel an Schleifmaschinen Positionsmesssysteme Messprinzipien und Messverfahren Übersicht angewendeter Messverfahren Funktionsstruktur der Wegmesssysteme Messprinzipien Ausführungsformen Längenmesssysteme Winkelmesssysteme Code-Messverfahren (absolute Messsysteme) Steuerungstechnik und ihre Ausführungen (FA) Steuerungshierarchien in der Fertigungsautomatisierung Speicherprogrammierbare Steuerungen Numerische Steuerungen Der NC-Lageregelkreis (Servosysteme) Elektroausrüstung und Schaltanlagen Steuerung automatisierter Fertigungsabschnitte Entwicklungstrends der Steuerungstechnik NC-Programmierverfahren Grundbegriffe Manuelle NC-Programmierung Rechnergestützte NC-Programmierung Durchgängiges CAD/CAM/CAQ-Programmiersystem

6 Inhaltsverzeichnis 11 Werkzeugmaschinen für umformende Fertigungsverfahren 20 Umformmaschinen Umformende Fertigungsverfahren Aufgaben, Einteilung und Kenngrößen Pressmaschinen Hämmer Funktionsprinzip, Bauformen Maschinenkenngrößen, Berechnungsdaten Antriebsarten und Steuerung Fertigungsaufgaben Schwungrad-Spindelpressen Kenngrößen und Funktionsprinzip Antriebsbauarten von Spindelpressen Einsatzbeispiele Mechanische Pressen Kurbel- und Exzenterpressen Kniehebelpressen Gelenkantriebspressen Anwendungsgebiete mechanischer Pressen Mechanische Pressenanlagen und Produktionssysteme Mehrstufenpressen Rundknetmaschinen Hydraulische Pressen Hydraulische Ziehpressen Hydraulische Pressen für das Tiefziehen mit Wirkmedien Hydraulikpressen in der Massivumformung Hydraulische Pressen und Anlagen für die Innen-Hochdruck-Umformung Strang- und Rohrpressen Zieh- und Drückmaschinen Drahtziehmaschinen Walzziehmaschinen Ziehbänke, Profilziehmaschinen Drückmaschinen Walzmaschinen Flachwalzanlagen Drückwalzmaschinen Ringwalzmaschinen Querwalzanlagen Gewindewalzmaschinen Glatt- und Festwalzmaschinen Biegemaschinen Gesenkbiegepressen

7 12 Inhaltsverzeichnis 28.2 Schwenkbiegemaschinen Blechbiegezentren Stanz-Biegeautomaten Rundbiegemaschinen Profil- und Rohrbiegemaschinen Walzprofilieranlagen Werkzeugmaschinen für zerteilende Fertigungsverfahren 29 Zerteilende Fertigungsverfahren Schermaschinen, Scheren Tafelscheren Streifenscheren, Kreismesserscheren Kreisscheren, Kurvenscheren Winkelscheren Schneid- und Stanzmaschinen Feinschneidpressen CNC-Stanzmaschinen Laserschneidanlagen Technologien Maschinenkonzepte Werkzeugmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden 33 Drehmaschinen Gesichtspunkte zur Einteilung Entwicklungstendenzen im Drehmaschinenbau Randbedingungen und Einflüsse Technologische Einflüsse Formeln zur Technologie der Drehbearbeitung Schnittwerte Schnittkräfte Leistungen Einteilung der Drehmaschinen Übersicht nach VDMA + VDW Einteilung nach Ausstellungskatalog EMO Beispiele ausgeführter Drehmaschinen Plandrehmaschinen Mechanikerdrehmaschinen Feindrehmaschinen Leit- und Zugspindeldrehmaschinen Produktionsdrehmaschinen Universaldrehmaschinen Mehrspindel-Drehautomaten

8 Inhaltsverzeichnis Frontdrehmaschinen Senkrechtdrehmaschinen Senkrechtdrehmaschinen mit selbstentladender Werkstückspindel Senkrechtdrehmaschinen (Karussel) Drehräummaschinen Drehschälmaschinen Sonstige Drehmaschinen Spezial-Drehmaschinen Drehzentren und flexible Drehzellen zur Komplettbearbeitung Drehmaschinen für die Komplettbearbeitung Verfahrenseinordnung Fertigungsverfahren Bauformen und Ausführungen Konstruktiver Aufbau Bauteile Drehmaschinen zum Präzisionshartdrehen Verfahrenseinordnung Bauteile und Werkstoffe Oberflächen- und Randzoneneigenschaften Werkzeuge und Schneidstoffe Werkzeugmaschinen für das Hartdrehen Konstruktive Anforderungen Grundaufbau der Maschine Führungen und Lagerungen Hydrodynamische Gleitführung Hydrostatische Gleitführung Weitere Besonderheiten Spannvorrichtungen CNC-gesteuerte Mehrspindel-Drehautomaten Definition von Mehrspindel-Drehautomaten Prinzipielle Arbeitsweisen von Mehrspindel- Drehautomaten Typische Einsatzbereiche und die Verbreitung dieser Maschinen Der Übergang von kurvengesteuerten zu CNC-gesteuerten Maschinen Funktions- und Anwendungserweiterung aufgrund der CNC-Technik Konzeption und Gestaltung moderner CNC-Mehrspindel-Drehautomaten Arbeitsspindeln und Spindeltrommel Werkzeugschlitten mit Achsantrieben Schlittenführungen

9 14 Inhaltsverzeichnis Anordnung der Werkzeugschlitten Werkzeugsysteme Stangenführungen und Stangenlademagazine Werkstückhandhabung Vertikale Drehmaschine Spezifische Steuerungsprobleme bei CNC-Mehrspindlern Vagabundierende Spindeln Vagabundierende Achsen Rollierende Korrekturen Steuerungsstrukturierung Arbeitsplanung und Programmierung Ausblick Flachbettdrehmaschinen Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Baugruppen der Flachbettdrehmaschinen Steuerung und Programmierung Fertigungsbeispiele Berechnungsgleichungen und Anhaltswerte Drehbearbeitungszentren für Großteile Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Fertigungsbeispiele Bohrmaschinen Fertigungsverfahren mit Bohrwerkzeugen Bauformen und Ausführungen Ausstattungen der Maschinen Baugruppen, Antriebe, Achsen, Werkzeuge, Spannmittel Fertigungsbeispiele Tiefbohrmaschinen Tiefbohren Erläuterung der Tiefbohrverfahren Besonderheiten der Tiefbohrverfahren Tiefbohrwerkzeuge Arbeitswerte und Genauigkeiten beim Tiefbohren Maschinen zum Tiefbohren Merkmale von Standard-Tiefbohrmaschinen Tiefbohrmaschinen für das Einlippenbohren Tiefbohrwerk Tiefbohrzentrum Tiefbohrmaschinen für das BTA-Bohren 480

10 Inhaltsverzeichnis Tiefbohrmaschinen für große Bohrdurchmesser Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Baugruppen der Tiefbohrmaschinen Steuerung und Programmierung Fertigungsbeispiele Berechnungsgleichungen und Anhaltswerte Fräsmaschinen Einteilung der Fräsverfahren Bauformen und Ausführungen Berechnungsgleichungen Universalfräsmaschinen Monoblockmaschinen Bauweisen von Monoblockmaschinen Ausstattung der Maschinen Baugruppen Optionen zur Grundmaschine Fertigungsbeispiel Fahrständer-Bettmaschinen Bauweisen von Fahrständer-Bett- Maschinen Ausstattung der Maschinen Baugruppen Optionen zur Grundmaschine Universal-Bearbeitungszentren Fertigungsbeispiel Portalmaschinen Bauweisen der Portalmaschinen Ausstattung der Maschinen Baugruppen Optionen zur Grundmaschine Fertigungsbeispiele Bearbeitungszentren Horizontal-Bearbeitungszentrum Bauweisen der Horizontal- Bearbeitungszentren Ausstattung der Maschinen Baugruppen Optionen zur Grundmaschine Fertigungsbeispiel Vertikal-Bearbeitungszentrum Bauweisen der Vertikal-Bearbeitungszentren Ausstattung der Maschinen Baugruppen Optionen zur Grundmaschine

11 16 Inhaltsverzeichnis Fertigungsbeispiel Portalfräsmaschinen Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Baugruppen Steuerungen und Programmierung Fertigungsbeispiele HSC contra 5-Achsen-Simultanbearbeitung Begriffsklärung HSC-Einsatz HSC-Vorteile Modifizierte Gantry-Bauweise Mechanik und Antriebstechnik CNC-Steuerungen Programmierung und Software Achsen-Komplettbearbeitung Fertigungsbeispiele Räummaschinen Räumen Allgemeines Innenräumen Außenräumen Räumwerkzeuge Allgemeines Berechnungsgleichungen und Anhaltswerte zur Räumwerkzeug-Auslegung Bauformen und Ausführungen Innenräummaschinen Außenräummaschinen Ausstattungen der Maschinen Innenräummaschinen Außenräummaschinen Antriebe und Zubehör Zubehör zur Räummaschine Steuerungen und Programmierung Bearbeitungsbeispiele Räumen von Haltern an Scheibenbremsen Räumen von Lenkzahnstangen Sägemaschinen Fertigungsverfahren mit Sägemaschinen Bügelsägen Kreissägen Bandsägen Abgrenzung der Sägeverfahren Bauformen und Ausführungen

12 Inhaltsverzeichnis Steuerung und Technologie-Einstellung Anwendungsorientierte Ausstattung von Sägemaschinen Universalsägen im Werkstatt-Einsatz Trägersägen Mengensägen in der Großserienfertigung Auftragssägen in Industrie und Handel Großbearbeitung Lagertechnik im Sägenumfeld Werkzeugmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch unbestimmten Schneiden 49 Rundschleifmaschinen Fertigungsverfahren Schleifen Grundlagen Kinematische Grundlagen Schleifkraft und Verschleiß Schleifwerkzeug Schleifmittel und Bindung Schleifwerkzeuge mit Korund- und Siliciumcarbid-Kornwerkstoffen Werkzeugaufspannung Abrichten des Schleifwerkzeugs Der Schleifprozess Änderung des Schneidenraums im Schleifprozess Schleifkraft und Schleifleistung Schleiftemperatur und Kühlung Mehrstufiger Schleifprozess Schleifverfahren Außenrundschleifen Innenrundschleifen Spitzenloses Außen- und Innenrundschleifen Generelle Maschinenanforderungen an Rundschleifmaschinen Baugruppen Antriebe, Motoren, Steuerungen Fertigungsbeispiele Außenrundschleifen Außen- und Innenrundschleifen in einer Aufspannung Verfahrenskombinationen zur Komplettbearbeitung in einer Aufspannung

13 18 Inhaltsverzeichnis 50 Umfangsplan- und Profilschleifmaschinen Einteilung nach DIN 8589, Teil Generelle Maschinenanforderungen Führungen Antriebe Achsantriebe Hauptantriebe Messsysteme Spezielle Maschinenanforderungen Einzelteil- und Kleinserienfertigung Technologie Abrichtverfahren Mittel- und Großserienfertigung Technologie Abrichtverfahren Anlagen für Massenproduktion Maschinenkinematiken Supportbauweise Fahrständerbauweise Schulterführungsbauweise Fahrständer mit Kreuzschlitten Fahrständer mit Kreuzschlitten und Rundtisch Auslegerbauweise Portalbauweise Rundtischmaschinen Maschinen zum Plan-Seitenschleifen Steuerungstechnik Manuelle Maschinen Einfache NC-Maschinen CNC-bahngesteuerte Maschinen Anforderungen an den Einsatz von hochharten Schneidstoffen CBN-Schleifscheiben mit galvanischer Bindung CBN-Schleifscheiben mit keramischer Bindung CBN-Schleifscheiben mit sonstigen Bindungen Diamantschleifscheiben Anhaltswerte zum Leistungsbedarf Zusammenfassung Honmaschinen Der Honprozess Einleitung Kinematik und Oberflächenentstehung 654

14 Inhaltsverzeichnis Langhubhonen Aufbau von Langhubhonmaschinen Bauarten Hubantrieb und Zustellsysteme Honwerkzeuge und Kühlschmiersysteme Fertigungsaufgaben Zylinderlaufbahnen Dornhonen von Pleuelstangen Zahnräder Kurzhubhonen Aufbau von Kurzhubhonmaschinen Kühlschmiersystem Finishwerkzeuge Oszillierende Finishwerkzeuge Rotierende Finishwerkzeuge Fertigungsaufgaben Wasserstrahlschneidanlagen Grundlagen Wirkmechanismen Verfahrensvarianten Wasserstrahl Wasserabrasiv-Injektorstrahl (WAIS) Wasserabrasiv-Suspensionsstrahl (WASS) Anlagen und Komponenten Wasserabrasiv-Injektorstrahlverfahren Wasserabrasiv-Suspensionsstrahlschneiden Anwendungsbeispiele und Einsatzgrenzen Werkzeugmaschinen für die Herstellung von Verzahnungen 53 Verzahnmaschinen Einführung und Grundlagen Begriffe Verfahrensübersicht Antriebs- und Steuerungstechnik Maschinen zur spanlosen Herstellung von Verzahnungen Präzisionsschmiedemaschinen Pressen Kaltwalzmaschinen Kaltwalzen nach dem Grob-Verfahren Querwalzen mit außen verzahnten Rundbackenwerkzeugen Querwalzen mit innen profilierten Rundbackenwerkzeugen

15 20 Inhaltsverzeichnis Querwalzen mit Flachbackenwerkzeugen (Rotoflo-Verfahren) Maschinen zur Weichvorbearbeitung Abwälzmaschinen für Zylinderräder Wälzfräsmaschinen Wälzstoßmaschinen Kombinierte Wälzfräs-/Wälzstoßmaschinen Wälzhobelmaschinen Wälzschälmaschinen Formmaschinen für Zylinderräder Räummaschinen Abwälzmaschinen für Kegelräder Wälzfräsmaschinen (Palloid-Verfahren) Wälzfräsmaschinen (Messerkopf- Verfahren) Formmaschinen für Kegelräder Maschinen zur Weichfeinbearbeitung Zahnradschabmaschinen für Zylinderräder Maschinen zur Hartfeinbearbeitung Wälzverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide Schälwälzfräsmaschinen für Zylinderräder Hartschälmaschinen für Zylinderräder HPG-/HPGS-Verfahren für Kegelräder Wälzverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide Wälzschleifmaschinen für Zylinderräder Hon-/Schabschleifmaschinen für Zylinderräder Wälzschleifmaschinen für Kegelräder Läppmaschinen für Kegelräder Formverfahren mit geometrisch unbestimmter Schneide Diskontinuierliche Form-(Profil-)Schleifmaschinen Kontinuierliche Formschleifmaschinen Harträummaschinen für Zylinderräder Kombinierte Hartfeinbearbeitungsmaschinen Fertigungsfolgen

16 Inhaltsverzeichnis 21 Werkzeugmaschinen Trends und Verfahren 54 Laserabtragmaschinen Einleitung D-Laserabtragen mit dem Nd:YAG-Laser Laserabtragmaschinen Aufbau Steuerung Varianten in der Ausführung Maschine zum Tiefgravieren Maschine für den Formenbau Maschine mit Inprozessregelung der Tiefe Optionen Messtaster Justagekamera Technische Daten Anwendungsbeispiele Modelleisenbahndrehgestell Sperrbolzenschieber Rapid Prototyping-Anlagen Allgemeines Werkstoff- und werkzeugseitige Anforderungen RP-Werkstoffe RP-Werkzeuge Stereolithografie Verfahren Vor- und Nachteile Aufbau der Anlagen Belichtung und Scanstrategie Werkstoffe und Modelleigenschaften Werkstoffauftrag (Recoating) Verfahren Verfahren Verfahren Verfahren Lasersintern und selektives Lasersintern Verfahren Vor- und Nachteile Aufbau der Anlagen Lasersteuerung und Scanstrategie Werkstoffe und Modelleigenschaften Werkstoffauftrag LOM Laminated Object Manufacturing Verfahren Vor- und Nachteile Aufbau der Anlagen

17 22 Inhaltsverzeichnis Lasersteuerung Werkstoffe und Modelleigenschaften Werkstoffauftrag Fused Deposition Modeling Verfahren Vor- und Nachteile FDM Aufbau der Anlagen Extrudersteuerung Werkstoffe und Modelleigenschaften Werkstoffauftrag Andere Anlagen Model Maker II Thermojet Desk Modeler Z402 3D-Printer Anhang Werkzeugmaschinen mit parallelkinematischen Strukturen Sachwortverzeichnis