Werkzeugmaschinen at Hochschule Bochum

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Was ist eine Werkzeugmaschine?

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Merkmale von Werkzeugmaschinen (Hauptfunktionen) ?

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Komponenten und Aufbau einer Werkzeugmaschine! (Erklärung)

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Die beiden wichtigsten Größen einer Werkzeugmaschine!

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Was ist das Gestell einer Werkzeugmaschine?

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Was sind die Aufgaben eines Werkzeugmaschinengestells?

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Anforderungen an Gestelle!

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Welche Materialien werden für die Gestelle verwendet?

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Was sind die Aufgaben von Antrieben?

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Nennen Sie die Anforderungen und Komponenten eines Antriebes!

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Spindelantrieb mit konventionellem Antrieb! (Vor- und Nachteile)


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Definition einer Werkzeugmaschine!

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Werkzeugmaschinen

Was ist eine Werkzeugmaschine?

Werkzeug + Maschine: Werkzeug wird in Maschine geführt, um ein Werkstück zu fertigen.

Werkzeugmaschinen

Merkmale von Werkzeugmaschinen (Hauptfunktionen) ?

  • Werkzeugmaschinen wird Energie zugeführt, da die Fertigungsvorgänge, die in ihnen stattfinden, unter Energieaufwand ablaufen.
  • Werkzeugmaschinen dienen zur Herstellung von Werkstücken. Auf Werkzeugmaschinen kommen daher Fertigungsverfahren wie das Urformen, Umformen, Trennen, Fügen, Beschichten und Ändern der Stoffeigenschaften zum Einsatz.
  • Werkzeugmaschinen verwenden Werkzeuge zur Herstellung von Werk-stücken.
  • Werkzeug und Werkstück müssen gegenseitig geführt werden. Diese Führung des Werkzeuges bestimmt den Fertigungsvorgang und die Gestalt des Werkstückes.

Werkzeugmaschinen

Komponenten und Aufbau einer Werkzeugmaschine! (Erklärung)

  • Tisch: Aufnahme des Werkstücks, meist mittels Vorrichtung 
  • Spindel: Antrieb des Werkzeugs oder des Werkstücks, Erzeugung der Schnittbewegung 
  • Vorschubachsen: Antrieb des Tisches oder des Spindelkastens, Erzeugung der Vorschubbewegung 
  • Gestell: Aufnahme der Komponenten und der auftretenden Kräfte 
  • Werkzeugmagazin: Speicherung der Werkzeuge und automatische Bereitstellung im Bedarfsfall 
  • Palettenwechsler: Wechseln der Werkstücke, ermöglicht gleichzeitiges Bearbeiten und Beladen 
  • Steuerung: Wandlung der Information aus dem NC-Datensatz in Fahrbefehle für die Vorschubachsen 
  • Gehäuse: Schutz der Maschinenteile vor äußeren Einflüssen sowie Schutz des Bedienpersonals 


Werkzeugmaschinen

Die beiden wichtigsten Größen einer Werkzeugmaschine!

Genauigkeit

  • Hohe Qualität der Werkstücke (Produkte), bessere Kundenbindung

Genauigkeit wird erzielt durch:

  • Steife Konstruktion 
  • Geringer thermischer Verzug der Gestellkomponenten 
  • Geringe Trägheit in der Bewegung, leichte Komponenten 
  • Gutes und genaues Messsystem 


Wirtschaftlichkeit

  • Kostengünstige Fertigung, größere Gewinnspanne für Unternehmer 

Wirtschaftlichkeit wird erzielt durch:

  • Hohe Geschwindigkeit der Bearbeitung, hohe Spindeldrehzahl
  • Hohe Verfahrgeschwindigkeit
  • Schneller Werkzeugwechsel, schneller Werkstückwechsel 
  • Schnelles Ver- und Einmessen 
  • Schnelle Programmverarbeitung 


Werkzeugmaschinen

Was ist das Gestell einer Werkzeugmaschine?

  • Gestelle und Gestellbauteile sind die tragenden und stützenden Grundkörper der Werkzeugmaschine.
  • Gestelle nehmen die übrigen Komponenten der Werkzeugmaschine auf, wie beispielsweise Antriebe, Steuerungen, Getriebe, Lager, ... .
  • Form und Art des Gestells wird durch die Prozessaufgaben und die Bauform der Werkzeugmaschine bestimmt.
  • Die konstruktive Auslegung des Gestells richtet sich nach der Anzahl, der Lage, sowie der Länge der Achsen, sowie der räumlichen Anordnung der übrigen Baugruppen in der Werkzeugmaschine.
  • Gestelle bestehen immer aus mehreren zusammengesetzten Komponenten.
  • Zu den Gestellen zählen folgende Komponenten:
  • Maschinenbett, Querbett, Längsbett
  • Ständer, Portal
  • Tisch, Drehtisch
  • Spindelkästen
  • Support (z.B. Reitstock, Lünette)

Werkzeugmaschinen

Was sind die Aufgaben eines Werkzeugmaschinengestells?

  • Ein Werkzeugmaschinengestell hat die folgenden Hauptfunktionen:
  • Sicherung der geometrischen Lage der Baugruppen
  • Aufnahme und Ableiten von Gewichtskräften, Prozesskräften und -momenten
  • Daneben spielen noch untergeordnete Aufgaben eine wichtige Rolle:
  • Aufnahme und Ableitung der Wärme des Fertigungsprozesses
  • Dämpfung von Schwingungen
  • Peripheriegeräte und -komponenten aufnehmen
  • Kühlschmierstoff und Späne in das Maschinenbett leiten bzw. abführen

Werkzeugmaschinen

Anforderungen an Gestelle!

  • Genauigkeit, genaue Lagerung der Baugruppen (häufig < 1 μm)
  • Ausreichende Festigkeit und Stabilität
  • Hohe statische und dynamische Steifigkeit
  • Geringe Verformung bei thermischer Beanspruchung
  • Auf die Anwendung ausgerichtetes Gewicht
  • Korrosionsbeständigkeit
  • Einfache Herstellung bzw. Fertigung der Gestellkomponenten
  • Wartungs- und instandhaltungsgerechte Konstruktion
  • Geringe Herstellkosten

Werkzeugmaschinen

Welche Materialien werden für die Gestelle verwendet?

  • Zu den am häufigsten eingesetzten Gestellwerkstoffen zählen: Gusswerkstoffe, Stahl, Polymerbeton
  • Gusswerkstoffe sind massiv ausgeführt und sind daher schwer. Diese kommen eher für den Einsatz im Maschinenbett in Frage, als bei beweglichen Teilen (z.B. Fahrständer).
  • Stahl wird in Profilbauweise eingesetzt, durch zusätzliche Verrippung kann die Steifigkeit der Gestellkonstruktion erhöht werden.
  • Eine Profilkonstruktion ist wesentlich leichter als eine massive Gusskonstruktion.
  • Polymerbeton hat gute schwingungsdämpfende Eigenschaften und ebenfalls eine geringe thermische Leitfähigkeit.
  • Die geringe thermische Leitfähigkeit bewirkt eine sehr langsame Durch-wärmung der übrigen Gestellbauteile, was sich günstig auf den thermischen Drift der Maschine auswirkt.

Werkzeugmaschinen

Was sind die Aufgaben von Antrieben?

  • Antriebe sorgen für die Bewegung auf Werkzeugmaschinen.
  • Neben der Aufgabe der Bewegungserzeugung liefern diese auch die geforderten Drehzahlen, Vorschubgeschwindigkeiten, Drehmomente und Kräfte.
  • Antriebe wandeln die elektrische Energie in mechanische Energie, welche für die Fertigungsprozesse erforderlich ist.

Werkzeugmaschinen

Nennen Sie die Anforderungen und Komponenten eines Antriebes!

  • Hohe Leistung und Drehzahl
  • Hohes Drehmoment 
  • Hoher Wirkungsgrad
  • Geringes Schwingungsverhalten
  • Gutes Anlauf- und Bremsverhalten
  • Hohe Positioniergenauigkeit
  • Hohe Bahngenauigkeit

Komponenten eines Antriebs:

  • Motor
  • Kupplung
  • Getriebe 


Werkzeugmaschinen

Spindelantrieb mit konventionellem Antrieb! (Vor- und Nachteile)


Vorteile:

  • Hohes Drehmoment aufgrund des Getriebes
  • Einzelkomponenten sind gut zugänglich.
  • Kostengünstige Einzelkomponenten 
  • Gute Wärmeentkopplung des Motors von der Spindel

Nachteile:

  • Geringe Torsionssteifigkeit
  • Maximaldrehzahl begrenzt (< 10.000 min-1)
  • Hohes Gesamtgewicht
  • Hoher Raumbedarf
  • Viele Einzelkomponenten notwendig, aufwendige Integration in die Werkzeugmaschine 


Werkzeugmaschinen

Definition einer Werkzeugmaschine!

Eine Werkzeugmaschine ist eine Arbeitsmaschine, die ein Werkzeug am Werkstück unter gegenseitiger Führung zur Wirkung bringt. Sie übernimmt dieWerkzeug- und Werkstückhandhabung sowie das Aufnehmen, Verarbeiten und Rückführen von Informationen über den Fertigungsvorgang.

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