Inhaltsverzeichnis. Werkzeugmaschinen in der Fertigung 25. Q Einführung 26

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1 Inhaltsverzeichnis Werkzeugmaschinen in der Fertigung 25 Q Einführung Fertigung und Fertigungsverfahren Einflussgrößen auf Maschinenkonzepte Bezeichnungen der Werkzeugmaschinen Anwenderkriterien für Auswahl und Einsatz von Werkzeugmaschinen Technologische Trends 34 Quellen und weiterführende Literatur 36 Q Prozessorientierung Organisation Prozessorientierte Organisation Prozessmanagement Ablaufdiagramme und Prozessbeschreibung Wertschöpfung in Prozessen Verschwendung in Prozessen 50 Quellen und weiterführende Literatur 51 Q Technische Kapazität Kapazität von Betriebsmitteln Kapazität von Menschen 55 Quellen und weiterführende Literatur 56 Q Kostengrundlagen der Werkzeugmaschinen Life Cycle Cost Gliederung der Kostenarten Break-Even-Diagramm Bestimmung der einzelnen Kostenarten 60

2 8 Inhaltsverzeichnis 4.5 Ablauf einer Kostenrechnung Standardsituationen 67 Quellen und weiterführende Literatur Fertigungsmesstechnik Allgemeine Grundlagen der Messtechnik Messtechnische Grundbegriffe Struktur der Messeinrichtung Einheiten und Einheitensystem Messprinzipien,-methoden und-verfahren Messabweichung Ursachen für Messabweichungen Arten von Messabweichungen Unsicherheitsfortpflanzung Statistische Auswertung Stichprobenkenngrößen Normalverteilung Vertrauensintervalle Messen geometrischer und mechanischer Größen Längen und Winkelmessung Werkstattmessgeräte Resistive Aufnehmer Induktive und kapazitive Aufnehmer Pneumatische Aufnehmer Inkrementale Aufnehmer Positionsmesssysteme Übersicht angewendeter Messverfahren Funktionsstruktur der Wegmesssysteme Funktion und Eigenschaften verschiedener Messprinzipien Referenzmarken und Code- Messverfahren Ausführungsformen Mehrdimensionale Messungen Auswertung und Datenübertragung Messen mechanischer Größen Kraftmessung _ Drehmomentenmessung mit DMS

3 Inhaltsverzeichnis 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 132 Quellen und weiterführende Literatur 133 Q Industriedesign und Ergonomie Einordnung der Gestaltung Gestalterische Mittel Gestaltungsansätze Ergonomie Aufgaben der Ergonomie bei der Produktentwicklung und-gestaltung Eigenschaften des Menschen Beispiele Zusammenfassung 152 Quellen und weiterführende Literatur 152 Werkzeugmaschinen - Aufbau und Baugruppen 153 Q Grundlagen Definition und Klassifizierung der Werkzeugmaschinen Aufgabe und Anforderungen Genauigkeitskennwerte 158

4 10 Inhaltsverzeichnis 7.4 Steifigkeit Statische Steifigkeit Dynamische Steifigkeit Thermische Stabilität Prozesssicherheit Aufbau von Werkzeugmaschinen 176 Quellen und weiterführende Literatur Gestelle Aufgaben und Anforderungen Gestellkonzepte Werkstoffe Dynamische Zusatzsysteme 184 Quellen und weiterführende Literatur 184 Q Führungen Aufgaben und Anforderungen ' Hydrodynamische Gleitführungen Hydro-und aerostatische Gleitführungen Wälzfiihrungen Führungsbahnschutz 197 Quellen und weiterführende Literatur 198 Hauptspindel Aufgaben und Anforderungen Wälzgelagerte Hauptspindeln Hydrostatische Spindellagerungen 209 Quellen und weiterführende Literatur 210 Q Hauptantrieb Aufgaben und Anforderungen Antriebsmotoren mit stufenloser Drehzahlregelung Bauarten von Hauptantrieben 217 Quellen und weiterführende Literatur 220

5 Inhaltsverzeichnis 11 Q Vorschubantriebe Aufgabe und Anforderungen Elektrische Antriebsmotoren Getriebe in Vorschubantrieben Lageregelung Auslegung von Vorschubantrieben 232 Quellen und weiterführende Literatur 235 Q Positions- und Winkelmesssysteme Aufgabe und Anforderungen Messverfahren Messprinzipien Schnittstellen Ausführungsformen Längenmessgeräte Winkelmessgeräte Drehgeber 246 Quellen und weiterführende Literatur 246 Schnittstellen für Werkzeug- und Werkstückspannmittel Aufgaben und Anforderungen Schnittstellen für Werkzeugspannmittel Schnittstellen für Werkstückspannmittel 253 Quellen und weiterführende Literatur 254 Q Spannmittel Aufgaben und Anforderungen Spannmittel für zylindrische Werkzeuge Spannmittel für Werkstücke mit regelmäßiger Grundgeometrie Spannvorrichtungen 260 Quellen und weiterführende Literatur 261

6 12 Inhaltsverzeichnis Steuerungstechnik Definition und Abgrenzung Einteilung von Steuerungen Speicherprogrammierbare Steuerungen Arbeitsweise der SPS Programmierung einer SPS Zeitverhalten Numerische Steuerungen NC-Programme 278 Quellen und weiterführende Literatur 279 IQ NC-Programmiermethoden Programmierverfahren Manuelle und werkstattorientierte Programmierung Rechnergestützte Programmierung Fräsen ,5D-Bearbeitung D-Bearbeitung Drehen 287 Quellen und weiterführende Literatur 288 Werkzeugmaschinen für umformende Fertigungsverfahren 289 B3I Umformmaschinen Umformende Fertigungsverfahren Aufgaben, Einteilung und Kenngrößen Pressmaschinen 293 Quellen und weiterführende Literatur 296 Q Hämmer Funktionsprinzip und Bauformen Maschinenkenngrößen Antriebsarten und Steuerung Fertigungsaufgaben 301 Quellen und weiterführende Literatur 302

7 Inhaltsverzeichnis 13 0 Schwungrad-Spindelpressen Kenngrößen und Funktionsprinzip Antriebsbauarten Einsatzbeispiele 306 Quellen und weiterführende Literatur 307 Q Mechanische Pressen Kurbel-und Exzenterpressen Kniehebel-/Doppelkniehebelpressen Gelenkpressen Einsatzgebiete mechanischer Pressen Mechanische Pressenanlagen und Produktionssysteme Mehrstufenpressen Servopressen 322 Quellen und weiterführende Literatur Rundknetmaschinen 328 Quellen und weiterführende Literatur HydraulischePressen Hydraulische Ziehpressen Hydraulische Pressen für das Tiefziehen mit VVirkmedien Hydraulikpressen in der Massivumformung Hydraulische Pressen für die Innen-Hochdruck- Umformung Strang- und Rohrpressen 343 Quellen und weiterführende Literatur Zieh- und Drückmaschinen Drahtziehmaschinen Walzziehmaschinen Ziehbänke, Profilziehmaschinen Drückmaschinen 350 Quellen und weiterführende Literatur 352

8 14 Inhaltsverzeichnis 0 Walzmaschinen Flachwalzanlagen Drückwalzmaschinen Ringwalzmaschinen Querwalzanlagen Gewindewalzmaschinen Glatt- und Festwalzmaschinen 361 Quellen und weiterführende Literatur 363 Q3 Biegemaschinen Gesenkbiegepressen Schwenkbiegemaschinen Blechbiegezentren Stanz-Biegeautomaten Rundbiegemaschinen Profil-und Rohrbiegemaschinen Walzprofilier-oder Rollformanlagen 372 Quellen und weiterführende Literatur 373 Werkzeugmaschinen für zerteilende Fertigungsverfahren 375 Q3 Zerteilende Fertigungsverfahren 376 Quellen und weiterführende Literatur Scheren Tafelscheren Streifenscheren Kurvenscheren Winkelscheren 383 Quellen und weiterführende Literatur 383 Schneid- und Stanzmaschinen Feinschneidpressen CNC-Stanzmaschinen 389 Quellen und weiterführende Literatur 391

9 Inhaltsverzeichnis 15 ^ Laser- und Plasmaschneidanlagen Laserschneidtechnologien Laserschneidanlagen Plasmaschneidanlagen 396 Quellen und weiterführende Literatur 397 Q Wasserstrahlschneidanlagen Funktionsprinzip Aufbau und Systemkomponenten Programmier- und Bedieneinheit Einsatzgebiete 402 Quellen und weiterführende Literatur 403 Werkzeugmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden Drehmaschinen Allgemeine konstruktive Anforderungen Aufbau von Werkzeugmaschinen Konzept zur Drehbearbeitung Einteilung der Drehverfahren Berechnungsgleichungen Drehen Schnittwerte Schnittkräfte Leistungen Informationen über Drehmaschinen Bauformen und Ausführungen Bauformen nach Bett und Arbeitsspindel Ausführungen von Drehmaschinen Drehmaschinen mit Leit-und Zugspindel Universal-Drehmaschinen Produktionsdrehautomaten Dreh-Fräsmaschinen Vertikal-Drehmaschinen 427 Quellen und weiterführende Literatur 430

10 16 Inhaltsverzeichnis ES CNC-gesteuerte Mehrspindel-Drehautomaten Definition von Mehrspindel-Drehautomaten Prinzipielle Arbeitsweisen von Mehrspindel- Drehautomaten Typische Einsatzbereiche und Verbreitung dieser Maschinen Der Übergang von kurvengesteuerten zu CNC-gesteuerten Maschinen Funktions- und Anwendungserweiterung mit der CNC-Technik Konzeption moderner CNC-Mehrspindel- Drehautomaten Arbeitsspindeln und Spindeltrommel Werkzeugschlitten Aufbau und Antrieb Schlittenführungen Y-Achse Anordnung der Werkzeugschlitten Schwenksynchronspindel Aufbau Arbeitsweise der Schwenksynchronspindel Doppelte Schwenksynchronspindel für die Rückseitenbearbeitung Werkzeugsysteme Stangenführungen und Stangenlademagazine Werkstückhandhabung Spezifische Steuerung bei CNC-Mehrspindlern Arbeitsplanung und Programmierung Ausblick 456 Quellen und weiterführende Literatur 456 E3 Flachbettdrehmaschinen Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Baugruppen der Flachbettdrehmaschinen Steuerung und Programmierung Fertigungsbeispiele Berechnungsgleichungen und Anhaltswerte 465 Quellen und weiterführende Literatur 465

11 Inhaltsverzeichnis 17 Drehbearbeitungszentren für Großteile Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Fertigungsbeispiele 469 Quellen und weiterführende Literatur 471 ^ Bohrmaschinen und Bearbeitungszentren Fertigungsverfahren mit Bohrwerkzeugen Bauformen und Ausführungen Ausstattungen der Maschinen Gantry-Konzept in 3- und 5-Achsen Ausführung Produktivität - Effizienz Das Konzept der Gantrybauweise Bearbeitungszentrum - Technik, Bedienung und Nutzen Entwicklung von Bearbeitungszentren Grundaufbau Bearbeitungszentrum in Gantrybauweise Fahrwerk des Bearbeitungszentrums ALZMETALL-Spezifisches-Gantry-Konzept (ASGK) Schwenk-Dreh-Kombination (SDK) Automatischer Werkzeugwechsel Fertigungsbeispiele CNC-Steuerungen 487 Quellen und weiterführende Literatur 488 Q Tiefbohrmaschinen Tiefbohren Einlippenbohren BTA (STS)-Bohren Ejektorbohren Tiefbohren mit Wendeltiefbohrwerkzeugen Tiefbohrmaschinen Standardtiefbohrmaschinen Tiefbohrmaschine für Einlippenbohren Tiefbohrmaschinen zum BTA (STS)- Bohren Tiefbohrmaschine für Ejektorbohren 501

12 18 Inhaltsverzeichnis Kühlschmierstoffanlage Steuerung/Prozesskontrolle Automatisierungseinrichtungen Automatischer Werkstückwechsel Automatischer Werkzeugwechsel Anwendungsspezifische Maschinen Sondermaschinen für Einlippenbohren Sondertiefbohrmaschinen für BTA (STS)-Bearbeitung Anwendungen der Tiefbohrverfahren Einlippenbohren BTA (STS)-Bohren 510 Quellen und weiterführende Literatur 512 ^ Tiefbohrmaschinen für große Bohrdurchmesser Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Baugruppen der Tiefbohrmaschinen Steuerung und Programmierung Fertigungsbeispiele Berechnungsgleichungen und Anhaltswerte 521 Quellen und weiterführende Literatur 522 Fräsmaschinen Einteilung der Fräsverfahren Berechnungsgleichungen Fräsen Bauformen und Ausführungen 528 Quellen und weiterführende Literatur 532 ^ Universalfräsmaschinen Steuerungen Universalmaschinen bis 1000 mm Tischdurchmesser Einstiegs-Universalmaschinen Universalmaschinen Bettfräsmaschinen Fahrständermaschinen 548

13 Inhaltsverzeichnis Technologieintegration Fräs-Dreh-Technologie Laser-Integration 552 Q Bearbeitungszentren Steuerungen Horizontale Bearbeitungszentren (HBZ) Vertikale Bearbeitungszentren Tapping Center 565 Portalfräsmaschinen Bauformen und Ausführungen Ausstattung der Maschinen Baugruppen Steuerung und Programmierung Fertigungsbeispiele 576 Quellen und weiterführende Literatur 578 Q HSCcontra 5-Achsen-Simultanbearbeitung Begriffsklärung HSC-Einsatz HSC-Vorteile Modifizierte Gantry-Bauweise Mechanik und Antriebstechnik CNC-Steuerungen Programmierung und Software Achsen-Komplettbearbeitung Fertigungsbeispiele 587 Quellen und weiterführende Literatur 589 E Räummaschinen Räumen Allgemeines Innenräumen Außenräumen Räumwerkzeuge Allgemeines 593

14 20 Inhaltsverzeichnis Berechnungsgleichungen und Anhaltswerte zur Auslegung von Räumwerkzeugen Bauarten von Räummaschinen Innenräummaschinen Außenräummaschinen Ausstattungen der Maschinen Innenräummaschinen Außenräummaschinen Antriebe Zubehör Steuerung und Programmierung Bearbeitungsbeispiele Räumen von Haltern an Scheibenbremsen Räumen von Lenkzahnstangen 605 Quellen und weiterführende Literatur 605 H5 Sägemaschinen Fertigungsverfahren mit Sägemaschinen Bügelsägen Kreissägen Bandsägen Abgrenzung der Sägeverfahren Bauformen und Ausführungen 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 626 Quellen und weiterführende Literatur 628

15 Inhaltsverzeichnis 21 Werkzeugmaschinen für Werkzeuge mit geometrisch unbestimmten Schneiden 629 ß] Rundschleifmaschinen Fertigungsverfahren Schleifen Werkzeugsysteme zum Rundschleifen Schleifwerkzeuge Aufbau von Schleifscheiben Kennzeichnung von Schleifscheiben Abrichtverfahren Kühlschmierstoff Der Schleifprozess Stellgrößen beim Schleifen Prozessgrößen beim Schleifen Ausgangsgrößen beim Schleifen Wirtschaftlichkeit des Schleifens Rundschleifverfahren Außenrundschleifen Innenrundschleifen Spitzenlosschleifen Rundschleifmaschinen Bauarten von Rundschleifmaschinen Mechanische Komponenten Elektrische Komponenten Fertigungsbeispiele 652 Quellen und weiterführende Literatur 654 Q Umfangsplan- und Profilschleifmaschinen Einteilung nach DIN 8589, Teil Generelle Maschinenanforderungen Führungen Antriebe Achsantriebe Hauptantriebe Messsysteme Spezielle Maschinenanforderungen Einzelteil-und Kleinserienfertigung Technologie Abrichtverfahren 664

16 22 Inhaltsverzeichnis Mittel- und Großserienfertigung Technologie Abrichtverfahren Anlagen für Massenproduktion Maschinenkinematiken Supportbauweise Fahrständerbauweise Schulterführungsbauweise Fahrständer mit Kreuzschlitten Fahrständer mit Kreuzschlitten und Rundtisch Auslegerbauweise Schleifzentrum mit Schwenkspindel Portalbauweise Rundtischmaschinen Maschinen zum Plan-Seitenschleifen Steuerungstechnik Manuelle Maschinen Einfache NC-Maschinen CNC-bahngesteuerte Maschinen Anforderungen für 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 699 Quellen und weiterführende Literatur Honmaschinen Der Honprozess Einleitung Kinematik und Oberflächenentstehung Langhubhonen Aufbau von Langhubhonmaschinen Bauarten Hubantrieb und Zustellsysteme 707

17 Inhaltsverzeichnis Honwerkzeuge und Kühlschmiersysteme Fertigungsaufgaben Zylinderlaufbahnen Dornhonen von Kurbelwellenlagerbohrungen Kurzhubhonen - Superfinishen Aufbau von Kurzhubhonmaschinen Kühlschmiersystem Finishwerkzeuge Oszillierende Finishwerkzeuge Rotierende Finishwerkzeuge Fertigungsaufgaben 720 Quellen und weiterführende Literatur 723 Sachwortverzeichnis 724