Taschenbuch der Werkzeugmaschinen

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1 Taschenbuch der Werkzeugmaschinen von Klaus-Jörg Conrad 2., aktualisierte Auflage Hanser München 2006 Verlag C.H. Beck im Internet: ISBN Zu Inhaltsverzeichnis schnell und portofrei erhältlich bei beck-shop.de DIE FACHBUCHHANDLUNG

2 Taschenbuch der Werkzeugmaschinen Klaus-J. Conrad ISBN Leseprobe Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

3 S :27 Uhr Seite Universalfräsmaschinen Prof. Dipl.-Ing. Klaus-Jörg Conrad unter Mitarbeit von Dr.-Ing. Hans-Peter Schossig Universalfräsmaschinen sind für sehr viele Werkstücke mit Fräs- und Bohrbearbeitung im Werkzeug- und Formenbau sowie in der Einzelproduktion einsetzbar. Durch einen umfangreichen Baukasten der Zusatzeinrichtungen sind viele Werkstückbearbeitungen möglich. Es handelte sich bisher um konventionelle Maschinen, die auch komplexe Werkstücke in einer Aufspanung fertig bearbeiten konnten. Die ständige Weiterentwicklung der Werkzeugmaschinen durch NC- Technik, Antriebstechnik und CNC-Steuerungen schaffte auch neue Gestellkonzepte, die als Monoblock-, Fahrständer- oder Portalmaschinen bekannt sind. Sie werden in den folgenden Abschnitten vorgestellt. W BS Bild 43.1: Komplettbearbeitung (DECKEL MAHO, Pfronten) CNC-Steuerungen sind heute modular aufgebaut, haben eine homogene, PC-basierte Umgebung und sind Software -orientiert. Sie bieten die Möglichkeit, eine entsprechende Anzahl von NC-Achsen zur Bearbeitung von komplexen Konturen und Freiformflächen einzusetzen (Bild 43.1). Die Bedieneroberfläche führt den Bediener durch einen Dialog, grafische Menüs und Programmierzyklen.

4 S :27 Uhr Seite Werkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden Als Steuerungen werden heute firmenspezifische Entwicklungen wie die DECKEL MAHO MillPlus IT, oder Steuerungen von speziellen Steuerungsherstellern wie die Heidenhain itnc 530 oder die SIEMENS 840 D eingesetzt. Mit Standardschnittstellen wie Ethernet sind sie alle vernetzungsfähig. Wichtige Baugruppen wie Hauptantriebe, Vorschubantriebe, Führungen, Werkzeugaufnahmen in der Arbeitsspindel, Messsysteme und Lagerungen werden entsprechend dem Stand der Technik für bestimmte Baugrößen und Einsatzbereiche als Module entwickelt bzw. eingesetzt. Elektrische Antriebe sind digital geregelte Drehstrommaschinen, die als Spindelmotoren für den Hauptantrieb direkt auf der Arbeitsspindel montiert werden. Sie haben einen großen Drehzahlbereich und eignen sich für hohe Schnittgeschwindigkeiten. Auch bei höheren Drehmomentanforderungen an der Arbeitsspindel werden Getriebestufen immer seltener eingesetzt. Drehstrom-Servomotoren sind stufenlos regelbar für den gesamten Vorschub- und Eilgangbereich einsetzbar. Als mechanische Übertragungselemente werden spielfreie Kugelgewindespindeln für alle linearen NC- Achsen verwendet. Auch hier sind Trends zu Direktantrieben durch den Einsatz von Linearmotoren erkennbar. Die Spindelkopfausführungen in der Arbeitsspindel gibt es für Steilkegel nach DIN sowie immer häufiger für die Hohlschaftkegel (HSK) nach DIN Mit ausgewuchteten Werkzeugen sind beide Arten auch für hohe Schnittgeschwindigkeiten einsetzbar. Spielfreie, vorgespannte Wälzführungen und deren Anordnung an steifen Gestellen sorgen für hohe Genauigkeit der Bewegungsachsen. Der Arbeitsraum ist der wichtigste Bereich einer Werkzeugmaschine. Er muss für die Aufnahme eines breiten Werkstückspektrums so ausgelegt werden, dass die Werkstückhandhabung, die Werkzeugwechsel, die Bearbeitungen, das Messen und die Zugänglichkeit für den Bediener gewährleistet sind. Durch einen gekapselten Arbeitsraum, der durch Einhandbedienung geöffnet werden kann, und durch eine ergonomische Anordnung der Steuerung werden die Fräsmaschinen immer bedienerfreundlicher. Schwenkbare Fräsköpfe oder Fräsköpfe mit zwei zusätzlichen Achsen für das 5-Achsen-Fräsen sind für einige Fertigungsaufgaben erforderlich. Die Ausstattung der Maschinen umfasst die im Arbeitsraum vorhandenen Elemente und Einrichtungen zur Durchführung der Fertigungsaufgaben. Die Ausstattung der Grundmaschine kann durch Optionen entsprechend den Anforderungen aus den Fertigungsaufgaben ergänzt werden. Dazu gehören verschiedene Arbeitstische, die drehbar, schwenkbar oder mit

5 S :27 Uhr Seite Universalfräsmaschinen 505 NC-Achsen ausgerüstet eingesetzt werden können. Palettenwechselsysteme für die Werkstückzufuhr und NC-Teilapparate mit Reitstock für Mehrseitenbearbeitung in einer Aufspannung sind für eine Werkstückhandhabung einsetzbar Monoblockmaschinen Monoblockmaschinen haben als Gestell einen Maschinengrundkörper, der als kompakter Gusskörper aus einem Block besteht, an dem die Führungen befestigt werden. Material und Gestaltung des Monoblocks sorgen für optimale Bedingungen für die Lastaufnahme über die Führungen, ermöglichen hohe dynamische Belastungen, ergeben eine geringe Maschinenaufstellfläche und sind ergonomisch günstig. Bild 43.2 zeigt den vereinfachten Grundaufbau dieser Maschine mit einer Achse im Werkstückträger dem Frästisch. Arbeitsspindel mit Arbeitsspindel Werkzeug mit Werkzeug Werkstück W BS Konsole Frästisch MMonoblock Bild 43.2: Grundmaschine in Monoblockbauweise Bauweisen von Monoblockmaschinen Universalfräsmaschinen in Monoblock-Bauweise werden nach DECKEL MAHO Pfronten (DMU) als Beispiel für moderne Ausführungen vorgestellt. Mit dem Maschinenspektrum der Baugrößen DMU 60T/DMU 80T/DMU 100T werden über 80 % der Fräs- und Bohrarbeiten in den Einsatzgebieten Werkzeugherstellung und Formenbau abgedeckt. Der eigensteife Monoblock ist ein einteiliges Gussgestell als Grundkörper der Maschine für die Aufnahme der Führungen, Antriebe usw. Er bietet die Voraussetzung für den Einsatz digital geregelter Vorschub- und Hauptantriebe und ermöglicht nicht nur konstante Bedingungen für die

6 S :27 Uhr Seite Werkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden Zerspanung mit günstigem Spänefall, unabhängig von der Werkstückposition, sondern auch die Aufstellmöglichkeit der Kranhaken - Maschine ohne Fundament. Die erzielbaren Arbeitsgenauigkeiten erfüllen die Anforderungen, die an eine Komplettbearbeitung gestellt werden. Inzwischen werden, wie bei allen Maschinen für moderne Technologien, Motorspindeln mit einem sehr guten Leistungs-Volumenverhältnis als Hauptantrieb eingesetzt. Automatisierungs-Einrichtungen wie ein vom Arbeitsraum getrenntes Werkzeugmagazin und Späneförderer gehören zum Standard. Begünstigt durch die getriebelose Kompaktbauweise entstand eine patentierte schwenkbare Arbeitsspindel, die als 5. Achse eine Komplettbearbeitung ermöglicht. Bild 43.3 zeigt eine Maschine mit einem als NC- Achse verstellbaren Fräskopf. Bild 43.3: DMU 100T mit Fräskopf als NC-Achse (DECKEL MAHO, Pfronten) Ausstattung der Maschinen Bei der Ausstattung der Maschinen wird unterschieden in Grundmaschine und Optionen zur Erweiterung des Einsatzbereiches mit umfangreichen technischen Daten, die hier nicht alle genannt werden können. Je nach Werkstückabmessungen und -gewicht sowie Fertigungsaufgaben sind verschiedene starre Tische mit entsprechenden Belastungsmöglichkeiten vorhanden. Die Verfahrwege von 560 mm bis 1080 mm in der Längsachse ermöglichen die volle Ausnutzung des Arbeitsraums.

7 S :27 Uhr Seite Universalfräsmaschinen 507 Die Werkzeugaufnahmen in der Arbeitsspindel werden mit Steilkegel nach SK 40 nach DIN oder als Hohlschaftkegel HSK-A63 nach DIN ausgeführt. Ein Werkzeugwechsler in Pick-up-Ausführung mit Tellermagazin nimmt 20 Werkzeuge auf und ermöglicht eine Span-zu-Span-Zeit ab 7,5 s. Der Arbeitsraum wird von den Maschinenaggregaten durch Stahlblechabdeckungen sauber abgetrennt. Der Arbeitsraum ist sehr gut zugänglich und durch ergonomisch angeordnete Elemente wie z. B. der Einhandbedienung der Tür einer Vollschutzkabine komfortabel bedienbar Baugruppen Als Hauptantriebe werden geregelte AC-Motoren mit entsprechenden Leistungen bis 28 kw und Drehmomenten bis 280 Nm eingesetzt, für große Drehzahlenbereiche bis /min optionell. Die Vorschubantriebe sind digitale bürstenlose AC-Motoren mit 15 m/ min Vorschubgeschwindigkeit. Die Monoblockbauweise zeigt nach Bild 43.4 die Baugruppen: Präzisions-Rollenumlaufführungen digitale Antriebstechnik Senkrechtführungen mit Tischschwerpunkt innerhalb der Führungen direkte Messsysteme in Verbindung mit kinematischer und elektronischer Temperaturkompensation für höchste Präzisionsanforderungen als Standard vorhanden schwenkbarer Universalfräskopf flüssigkeitsgekühlte Motorspindel Minimalschmierung der Rollenumlaufführungen und Kugelrollspindeln (nur ca. 2,5 kg Fett/Jahr) bei geringstmöglicher Verschmutzung des Kühlschmierstoffes und minimalem Maschinenverschleiß Es ergeben sich kurze Inbetriebnahmezeiten ( Kranhakenmaschine ) W BS Optionen zur Grundmaschine Für die verschiedenen Fertigungsaufgaben sind Hauptantriebe als Motorspindeln mit unterschiedlichen Drehzahlen und Leistungen sowie

8 S :27 Uhr Seite Werkzeuge mit geometrisch bestimmten Schneiden Flüssigkeitsgekühlte Motorspindel Universal- Fräskopf Direktes Meßsystem Messsystem Lineare Rollenumlaufführungen Digitale AC-Antriebsmotoren Tisch Eigensteifer Monoblock Bild 43.4: Baugruppen der Monoblockmaschnine DMU 60 T (DECKEL MAHO, Pfronten) Hochfrequenzspindeln vorhanden. Hohlschaftkegel oder Steilkegel sind anwendungsgerecht wählbar. Als Optionen für den Fräskopf können die Varianten gewählt werden: Einstellhilfe für manuellen Schwenkfräskopf mit direktem Messsystem Gesteuerter Schwenkfräskopf B-Achse (siehe Bild 43.3) Ein Kühlaggregat für die Motorspindel ist hierzu notwendig, Wärmetauscher ist Standard. Die Tische sind durch Aufsatz-Rundtische um Funktionen erweiterbar, die für die Mehrseitenbearbeitung in einer Aufspannung gebraucht werden. Eine Ausführung in Bild 43.5 zeigt einen integrierten NC-Rundtisch als 4. Achse, der in einem Starrtisch angeordnet ist. Für die Automatisierung der Maschinen gibt es weitere Optionen: Bahnsteuerungen MillPlus IT oder Heidenhain itnc 530 mit entsprechenden Funktionen für Bedienung, Fertigungsunterstützung, Datenübertragung (Ethernet) und Netzservice Messtaster Infrarot zur Aufnahme in die Arbeitsspindel zum Vermessen der Werkstücke