Berufliches schulzentrum für
B E L E G A R B E I T Fertigung mit Werkzeugmaschinen
Drehen, Fräsen
Vorstellung von mindestens 2 Verfahren eines Themenkomplexes
Fach: Fertigungstechnik Verfasser:
Abgabetermin: Klasse:
Vorwort
Mit dieser Belegarbeit möchten wir einige Grundlagen der Fertigungsverfahren, Drehen und Fräsen, erläutern. Dabei mussten wir uns auf Grund des umfangreichen Themas auf wesentliche Aspekte des Drehens und des Fräsens beschränken.
Hilfreich bei der Erstellung dieser Belegarbeit war, dass wir ein einjähriges Praktikum in der Schulwerkstatt durchführen konnten. Dabei wurde uns einige grundlegende Fertigungsprinzipien, während der praktischen Arbeit, verdeutlicht. Ein weiterer Vorteil, der uns zu Gute kam, war das uns die Schulbibliothek, die sehr reichhaltig ausgestattet ist, als Informationsquelle zur Verfügung stand.
Unsere Arbeit gibt einen allgemeinen Überblick von der Historische Entwicklung über übliche Arbeiten an Werkzeugmaschinen bis zum heutigen Stand der Technik; CNC Maschinen , CNC Steuerung.
Inhaltsverzeichnis
1 Einblicke in die Geschichte des Drehens und der Drehmaschine 61.1 Die Anfänge 61.1.1 Die Dreherei im Altertum 61.1.2 Die Drehbank im Mittelalter 71.
2 Die Umwandlung der Holzdrehbank 71.3 Die eiserne Drehbank 72 Vorstellen einer heutigen Universaldrehmaschine 103 Drehwerkzeuge 123.1 Der Drehmeißel 123.2 Winkel am Drehmeißel 143.3 Das richtige Einspannen der Drehmeißel und des Werkstückes 154 Berechnungsverfahren 164.1 Schnittgeschwindigkeit / Drehzahl 164.
2 Vorschubgeschwindigkeit 164.3 Berechnung der Hauptzeit 165 Drehverfahren 175.1 Plandrehen 175.2 Runddrehen 175.3 Schraubdrehen 175.4 Profildrehen 185.
5 Formdrehen 185.6 Unrunddrehen 196 Weiter Drehmaschinen 196.1 Übersicht der Drehmaschinen: 196.2 Revolverdrehmaschine: 206.3 Plandrehmaschine: 226.4 Karusselldrehmaschinen: 236.
5 Drehautomaten: 246.5.1 Allgemeines 246.5.2 Halbautomaten- Vollautomaten: 246.5.
3 Kurvengesteuerte Drehautomaten: 246.5.4 Einspindeldrehautomaten: 267 Fräsen 288 Fräsvorgang und Fräswerkzeuge 289 Fräsverfahren und erzeugte Formelemente 289.1 Umfangsplanfräsen 289.2 Umfangsstirnfräsen 289.3 Umfangstirnplanfräsen 289.
4 Umfangsrundfräsen mit innen- und außenverzahnten Scheibenfräser 299.5 Schraubfräsen mit Scheiben- und Schaftfräser 299.6 Gewindefräsen 309.7 Profilfräsen in der Ebene 309.8 Profilrundfräsen 309.9 Nachformfräsen 3110 Fräser 3210.
1 Gleich- und Gegenlauffräsen 3210.2 Winkel am Fräser 3310.3 Werkstoffe für Fräser (Schneidstoffe) 3510.4 Spitzgezahnte Fräser 3510.5 Hinterdrehte Fräser 3610.6 Schnittrichtung der Fräser 3610.
7 Fräswerkzeuge 3711 Fräsmaschinen 3811.1 Die Wagerecht- Konsolenfräsmaschine 3811.2 Die Senkrecht – Konsolenfräsmaschine 3911.3 Bettfräsmaschine 3911.4 Langfräsmaschine, Bohr- und Fräswerke 4011.5 Waagrecht- Bohr- und Fräsmaschine 4112 Berechnungen, Kühlung, Einstellen der Frästiefe 4212.
1 Schnittgeschwindigkeit 4212.2 Drehzahl 4212.3 Vorschub 4312.4 Berechnung der Maschinengrundzeit beim Fräsen 4412.5 Einstellen der Frästiefe 4512.6 Kühlung 4513 Anwendung 4613.
1 Aufspannen der Werkstücke 4613.2 Fräsen von Nuten mit dem Scheibenfräser 4613.3 Fräsen eines geradverzahnten Stirnrades (mit einem Formscheibenfräser) 4713.3.1 Der Teilkopf 4713.3.
2 Beispiel für das einfache mittelbare Teilen 4813.3.3 Das Fräsen des Zahnrades (Formscheibenfräser) 4813.3.4 Zahnradberechnungen: 4914 Einblick in die CNC Fertigung 5015 Arbeitsschutz 51
Einblicke in die Geschichte des Drehens und der Drehmaschine
Die Anfänge
„Die Drehbewegung ist wahrscheinlich so alt wie die Menschheit selbst. Ihre Entwicklung im Laufe der Jahrtausende ist bezeichnend für die Entwicklung der menschlichen Technik überhaupt.
“
(Hegele,1921)
Die ersten Drehbewegungen bestanden darin, dass ein fester Körper an einer Schnur im Kreise geschwungen wurde, wie z.B. bei einer Schleuder oder das der Körper an einem Faden hing und diesen durch Drehung zusammen drehte, wie bei einer alten Spindel.
Am Anfang trat auch bei technischen Vorrichtungen, bei denen eine Achse im Umdrehung versetzt wurde, wie z.B. beim Bohren, eine wälzende und nicht eine gleitende Bewegung auf, indem dir Hände die Achse oder die Bohrerspindel quirlartig hin und her drehten.
Erst später erfolgt der Antrieb mit der Schnur, die man hin und her zog und wobei der Bohrer durch ein Stück, das man oben gegen den Kopf presste, geführt und beschwert wurde.
Ein großer Fortschritt in der Entwicklung der Drehbewegung wurde durch die Erfindung des Rades herbeigerufen. Technisch bedeutete das Rad insofern eine Neuerung, als damit eine Bewegung zur Anwendung gelangte, wobei stets gleitende Reibung vorhanden ist. Da nun das Rad als „Mutter“ sämtlichen Maschinenteile mit drehender Bewegung gelten kann, bedeutet seine Erfindung einen wesentlichen Abschnitt in der Entwicklung der Technik überhaupt.
Eine der frühsten technischen Anwendung der Drehbewegung ist die kreisende Spindel der Töpferscheibe, in ihren einfachsten Formen, wohl das Urbild einer Drehbank. Mit der einen Hand drehte der Töpfer möglichst rasch die Scheibe, mit der anderen knetete und formte er seine Töpfe.
Schnell aber erkannte man das ein Antrieb, aus einer senkrechten Spindel, durch die bloßen Füße eine viel effizienter Methode war.
Eine weitere technische Anwendung der Drehbewegung war die Drehmühle aus zwei Steinen.
Bald wurde dar obere Stein mit einem hölzernen Handgriff versehen und der erste Kurbelantrieb war in Verbindung mit dem treibendem Arm erfunden.
Die Dreherei im Altertum
Die Ehre, die Drehbank im heutigen Sinne erfunden zu haben, kommt wahrscheinlich den alten Ägyptern zu. Die in ihren Gräbern gefundenen gedrehten Tongefäße aus dem 4. und 5.
jahrtausend v.Chr. werfen schon einen hohen Grad von technischer Vollkommenheit auf.
Nach der griechischen Überlieferung zu Folge, soll der Erfinder des ersten „Luftschiffs“ , Dädalus, auch der Erfinder der ersten Drehbank sein. Zum bau seines Luftschiffes soll er runde, gedrehte Stangen verwendet haben.
Diese Drehbank, der alten Griechen, war natürlich sehr einfach.
Sie hatte ihr Vorbild in der Entwicklung des Bohrers, der schon früh mit einer Schnur umwickelt und hin und her gedreht wurde. Dabei kam man bald darauf, die beiden Schnurenden durch ein gekrümmtes Stück Holz, ähnlich dem Jagdbogen, miteinander zu verbinden. Auf diese Weise erhielt man den Bohrer mit dem Fiedelbogen, dessen Schnurr mehrmals um die Bohrspindel gewunden war und bei dem die eine Hand das obere Pressstück hielt und die andere den Bogen führte.
Ganz ähnlich sah die älteste Drehbank aus, an Stelle der senkrecht Bohrspindel trat die wagerechte Drehspindel. Die Lagerung geschah wie heute durch zwei gegenüberliegende kegelförmige Spitzen, von denen die eine wohl beweglich und verschiebbar war, damit das Drehstück zwischen den Spitzen drehbar eingespannt werden konnte. Um das Werkstück wurde eine Schnur ein- oder mehreremal geschlungen und ähnlich dem Fiedelbogen befestigt.
Durch hin- und herziehen wurde die Drehbewegung erzeugt. Damit war die einfache Spitzendrehbank erfunden.
Von den Griechen übernahmen, die Kunst das Drehens, die Römer. Diese verstanden schon Bronze zu drehen.
Die Drehbank im Mittelalter
Mit dem Untergang der Alten Völker gingen auch ihre technischen Errungenschaft mit verloren. Klosterbrüdern ist es zu verdanken, das diese die alten Schriften studierten und der Drehbank wieder einen neuen Aufschwung verschafften.
Klosterbrüder waren es wohl auch, welche die Drehbank dadurch bedeutend vervollkommneten, dass sie das eine Ende der Schnur mit einem Fußtritt und das andere mit einem an der Decke befestigten federnden holz verbanden. Durch diese Wippe hatte nun der Fuß den Antrieb übernommen, so dass die Hände für die eigentliche Dreharbeit frei blieben.
Das Drehen beschränkte sich meist auf Holz und Stein. Die Metalle, namentlich das harten Eisen, waren für die mittelalterlichen Werkzeuge meist viel zu hart.
Schon im ausgehenden Mittelalter wurde die hin- und hergehende Spindelbewegung der Wippe durch Einfügen eines Schwungrades in eine stetig umlaufende verwandelt.
Die Erfindungen des stetigen Drehbankantriebs durch Tretrad, Kurbel und Schwungrad stellten für die damalige Zeit einen großen Fortschritt dar.
Eine schwierige Sache war von jeher die sichere, dichte und dauerhafte Lagerung und Zentrierung der Drehspindel. Von dieser, nicht von der Geradführung des Werkzeugs, hängt die Genauigkeit und Spanleistung der Drehbank wesentlich ab. Weil Holzlager sich sehr schnell abnützen, wurden schon früh, metallische, zylindrische Lagerschalen verwendet, welche auswechselbar waren. Diesen Lagerschalen fehlte aber die Nachstellbarkeit, um die unvermeidliche Abnutzung und damit die Lockerung der Lagerung auszugleichen. Man kam dann schnell auf die Idee kegelförmigen Lagerzapfen zu verwenden .
1671 wurde auf verschiedene Führungen aufmerksam gemacht, um z.
B. ovale Teile besser drehen zu können, bei denen dem einzigen walzenförmigen Zapfen eine querliegende, wagerechte Ebene hinzugefügt ist, gegen die der zu führende Werkzeugschlitten gedrückt wird und woran er gleitet .
Die Umwandlung der Holzdrehbank
Die Erfindung der Dampfmaschine durch James Watt brachte nach und nach auch eine vollständige Umwandlung der Werkzeuge und Werkzeugmaschinen für die Eisenbearbeitung.
Es war nun möglich, durch die starken Umdrehungskräfte, Eisen und Stahl bearbeiten zu können. Dazu kam noch das der Drehantrieb von der Kraft des menschlichen Fußes unabhängig gemacht wurde und somit der Dreher seine ganze Aufmerksamkeit in die Bearbeitung seines Werkstückes setzten konnte.
Die eiserne Drehbank
Maudslan war der erste der eine ganze Drehbank aus Eisen lieferte, für die er eigene Formen schuf durch Einführung besonderer Maschinenfüße mit abgerundeten Übergängen, anstatt der Holzbalkenform üblichen scharfen Ecken.
Er fertigte die ersten genauen Bettführungen und Leitspindeln und erfand den Antrieb der Leitspindel durch Wechselräder. Ihm sind auch die ersten festgelegten Gewindegangzahlen zu verdanken.
Weiter Verbesserungen erreichten Bodmer, Roberts, For und Mauran. Sie verstärkten die Abmessungen der Drehbank, erfanden den Schlittenantrieb durch Zahnstange, einen runden, drehbaren Stahlhalter, die Kröpfung des Betts, die seitliche Verstellbarkeit des Reitstockoberteils, die Reitstockpinole mit Innengewinde.
Die Maschinen wurden jetzt allgemein für den Verkauf gebaut und die Gestalt der Drehbank begann feste Formen anzunehmen. Man war jetzt so weit, dass die auftretenden Kräfte richtig erkannt, das entbehrliche Beiwerk weggelassen und die Materialeigentümlichkeiten voll berücksichtigt wurden.
Whitworth schuf den Hohlguss, der bei geringstem Materialaufwand größten Widerstandsfähigkeit aufwies, und bildete einen eigentlichen Whitworthstil für Drehbänke aus. Schon seine erste Drehbank im Jahre 1835 zeigte bedeutende Fortschritte in bezug auf zweckmäßige Handhabung und Betriebssicherheit, wie rechteckigen Kastenquerschnitt des Bettes, doppelte Rädervorgelege parallel und hinter der Arbeitsspindel, selbsttätigen Planzug, Regelräderwendegetriebe zum Antrieb der Leitspindel, Kreuzsupport und Doppelstahlhalter.
Die Schaffung und Umgestaltung des Werkzeugschlittens ging von Frankreich aus. Die ihm dort gegebene Bezeichnung „Support“, d.h. Unterlage, ist auch in Dt.
bis heute gebräuchlich geblieben.
Um 1785 wird in der ersten franz. Enzyklopädie eine nachstellbare Führung für geradlinige Bahn beschrieben, die aus Ober- und Unterschlitten besteht und den ersten durchgebildeten sogenannten Kreuzsupport darstellt.
In England erfand im Jahr 1794 Maudslan ein sog. „silde rest“ (Werkzeughalter) für Drehbänke, der einen in der Länge verschiebbaren Unterschlitten und einen quer zur Drehbankachse laufenden Oberschlitten besaß und dazu noch um eine Befestigungsschraube drehbar war.
Eine Einrichtung zur selbsttätigen Fortbewegung des Werkzeugschlittens war Anfangs sehr einfach.
Die Fortbewegung wurde über einen sog. „Faulenzer“ mit Stellscheibe, Kette und Sperrrad erreicht .
(Hegele,1921)
Drehbank mit Faulenzer
Im Jahre 1841 schilderte Rasmnth in einer englischen Zeitschrift die Vorteile der mechanischen Führung gegenüber der Handstichelführung, ich meinen an dieser Abbildung lässt sich gut erkennen, wie weit der Fortschritt in dieser Zeit gekommen ist.
(Hegele,1921)
Handführung und mechanische Führung des Stichels nach Rasmnth
Mit der Vergrößerung und Vervollkommnung der Drehbänke wuchs die Notwendigkeit, die Schlittenführung zu verbessern. Um das Jahr 1880 war die Längsrichtung des Schlittens keilförmige Leiste als bestes, wenn auch teueres Mittel zur Sicherung von Schlitten anerkannt, allgemein eingeführt wurde sie aber erst in den 90er Jahren.
Eine wesentliche Verbesserung brachte der weitere Ausbau des Antriebs des Dreh- und Spindelstocks durch den Einbau einer glatten Riemenscheibe und später einer Stufenscheibe an Stelle der alten Schnurrolle.
Ein weiterer Fortschritt war die Hinzufügung eines oder mehrere Zahnradvorgelege, um die Geschwindigkeit möglichst oft ändern zu können.
Die nächste Verbesserung war, die Führung des Schlittens und das gleichmäßige weiterschieben desselben durch eine Schraubenspindel. Man brachte an der Vorderseite des Bettes eine mit Schraubengewinde versehene Welle an, die man Leitspindel nannte, weil sie den Werkzeugschlitten und damit den Stahl selbsttätige weiterleitete. So konnte man jetzt die Maschine zum Lang- und Plandrehen, aber auch zum Gewindeschneiden zu benutzen. Es dauert aber wieder einige jahrzehnte, bis man zur Schonung der Leitspindel die Verschiebung beim gewöhnlichen Drehen einer Zahnstange und einer besonderen Zugspindel übertrug. So ist die Drehbank nach und nach die allgemeinste und wichtigste Werkzeugmaschine von größter Leistungsfähigkeit und vielseitiger Verwendbarkeit geworden.
Dabei hat sich auch die ganze äußere Form der Drehbank immer zweckmäßiger, einheitlicher und schöner gestaltet, bis zur heutigen Universaldrehmaschine.
Vorstellen einer heutigen Universaldrehmaschine
Die Universaldrehmaschine ist in Betrieben mit Einzel- und Kleinserienfertigung die am häufigsten vertretene Fertigungseinrichtung. Zu den Universaldrehmaschinen werden sowohl die handbedienten Leit- und Zugspindel-Drehmaschinen als auch universell einsetzbare programmgesteuerte Drehmaschinen gerechnet.
Bei der Spitzendrehmaschine kann das Werkstück zwischen den Spitzen der Arbeitsspindel und Reitstockes aufgenommen werden. Die Drehachse liegt meist waagrecht.
Aufbau einer Universaldrehmaschine (Rabe, 1955)
Aufbau eines Werkzeugschlittens (Braun, Herwig; Doll, Werner; Günter, Werner u.
a., 1996)
Mit Universaldrehmaschinen lassen sich alle üblichen Dreharbeiten ausführen.
Die verschiedenen Ausführungen der Universaldrehmaschinen sind im Prinzip ähnlich und baukastenförmig aufgebaut. Am häufigsten werden Drehmaschinen mit Waagrechtbett ausgeführt. Die Entwicklung geht von universell einsetzbaren Gebilden zu Lösungen, die optimal auf eine abgegrenzte Aufgabenstellung abgestimmt sind.
Aufbau einer Universaldrehmaschine mit ihren verschiedenen Baugruppenvarianten.
Drehwerkzeuge
Der Drehmeißel
Ein Drehmeißel besteht grundsätzlich aus Schaft und Schneidkörper.
Der Schaft sollte aus einem Hochlegierten -Werkzeugstahl bestehen.
Schneidteile am Drehmeißel (Braun, Herwig; Doll, Werner; Günter, Werner u.a., 1996)
Der Schneidstoff besteht zumeist aus Hartmetall oder Keramikwendeschneidplättchen.
Arten von Drehmeißeln:
Arten von Drehmeißeln (Bruins, D.
H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Arten von Drehmeißeln (Dipl. – Gwl. Kulke, Werner, Dipl. – Gwl. Finze, Karl-Walter und Dipl.
– Gwl. Heinz Tscharnke,1971)
Schruppdrehmeißel
Kräftige Ausführung; für hohe Zerrspanleistungen
Schlichtdrehmeißel
Abgerundete Schneidenspitze für höchste Oberflächengüte
Schrupp- und Schlichtdrehmeißel (Rabe, 1955)
Außen- und Innendrehmeißel
Außen- und Innendrehmeißel (Rabe, 1955)
Rechts- und Linksdrehmeißel
Bei Rechtsausführungen arbeitet man von rechts nach links.
Links- und Rechts- Drehmeißel (Rabe, 1955)
Gerader, gebogener und abgesetzter Drehmeißel
Anwendung je nach Art der Dreharbeit und Zugänglichkeit der Bearbeitungsstelle.
Gerader, gebogener und abgesetzter Drehmeißel (Rabe, 1955)
Winkel am Drehmeißel
Die entsprechenden Winkel a, b, g, e, k, l sind am Drehmeißel wie folgt angeführt.
a = Freiwinkel , b = Keilwinkel , g = Spanwinkel , k = Einstellwinkel , e = Eckenwinkel ,
l = Neigungswinkel;
(Rabe, 1955)
Das richtige Einspannen der Drehmeißel und des Werkstückes
Drehmeißel sind, zur Vermeidung von Schwingungen und Rattermarken, kurz einzuspannen, sowie senkrecht zur Werkstückachse und mittig zum Werkstück.
Außermittige Einspannung des Drehens.
(Rabe, 1955)
Berechnungsverfahren
Schnittgeschwindigkeit / Drehzahl
Die Schnittgeschwindigkeit ist von der Wahl des Werkstoffes, vom Schneidstoff, der Kühlschmierung, der verlangten Oberflächengüte und von der Leistungsfähigkeit der Drehmaschine abhängig.
Die Schnittgeschwindigkeiten werden entweder Tabellen entnommen oder mit Hilfe von Richtwertgleichungen (Herstellerangaben) errechnet.
Die einzustellende Drehzahl wird entweder an der Drehmaschine angebrachten Drehzahlschaubild abgelesen, einer Tabelle entnommen oder aus der Schnittgeschwindigkeit und dem Werkstückdurchmesser berechnet.
n...
.... Drehzahl
d..
..... Durchmesser
vc.
..... Schnittgeschwindigkeit [m/min]
Vorschubgeschwindigkeit
Der Vorschub ist abhängig von der Leistungsfähigkeit der Drehmaschine und er verlangten Oberflächengüte.
Die Vorschubsgeschwindigkeit wird aus dem Vorschub und der Drehzahl berechnet.
f .....
. Vorschub [mm]
vf .....
Vorschubsgeschwindigkeit [mm/min]
Berechnung der Hauptzeit
Die Hauptzeit tH besteht aus der Summe aller Zeiten, in denen das Werkzeug am Werkstück die beabsichtigte Veränderung ausführt = Arbeit verrichtet.
Für Z = konst. gilt:
Z Zeitspanvolumen [mm³/s]
VZ zerspantes Volumen [mm³]
Ist das Zeitspanvolumen nicht konstant, so muss die Hauptzeit aus den, mit der Vorschubgeschwindigkeit zurückgelegten, Vorschubwegen ermittelt werden.
Drehverfahren
Längsdrehen: Drehen mit Vorschub parallel zur Werkstückachse.
Quer- oder Plandrehen: Drehen mit Vorschub senkrecht zur Werkstückachse.
Plandrehen
Beim Plandrehen wird eine liegende ebene Fläche erzeugt, die rechtwinklig zur Drehachse liegt.
Drehen zur Erzeugung ebener Flächen
A) Quer-Plandrehen, B) Längs-Plandrehen, C) Quer-Abstechdrehen
a Werkstück, b Werkzeug
(Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Runddrehen
Beim Runddrehen werden kreiszylindrische Flächen erzeugt. Dabei kann die Vorschubbewegung in Richtung der Drehachse oder quer zur Drehachse erfolgen.
Drehen zur Erzeugung kreiszylindrischer Flächen
A) Längs-Runddrehen, B) Schäldrehen, C) Quer-Runddrehen
a Werkstück, b Werkzeug
(Bruins, D.H.
und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
ab B) Schäldrehen wird nur bei großer Zerspanleistung als Schruppverfahren verwendet.
Schraubdrehen
Das Schraubendrehen dient zur Erzeugung von Schraubflächen, mit einem Profilwerkzeug, wobei der Vorschub je Umdrehung gleich der Steigung der Schraube ist.
Drehen zur Erzeugung von Schraubflächen (Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
A) Gewindedrehen, B) Gewindestrehlen, C) Gewindeschneiden
a Werkstück, b Werkzeug
Gewindestrehler Gewindeschneidköpfe
links: Flach- Gewindestrehler a Radialstrehlbacken, b Tangentialstrehlbacken,
rechts: Rund- Gewindestrehler c Rundstrehlbacken
(Bruins, D.H.
und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Profildrehen
Beim Profildrehen wird auf das Werkstück , die Form des Profilwerkzeuges abgebildet.
Drehen zur Erzeugung beliebiger, durch ein Profilwerkzeug bestimmter, rotationssymmetrischer Flächen
A) Quer-Profildrehen, B) Quer-Einstechdrehen, C) Profil-Abstechdrehen
a Werkstück, b Werkzeug
(Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
(Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Längs-Profildrehen mit rotierendem Profilwerkzeug
a Werkstück, b Werkzeug
Formdrehen
Formdrehen ist ein Verfahren, bei dem durch die Steuerung der Vorschubbewegung due Form des Werkstückes erzeugt wird.
(Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Nachformdrehen Schnittbewegung
a Werkstück, b Werkzeug
Unrunddrehen
Beim Unrunddrehen wird während einer Werkstückumdrehung die Lage der Werkzeugschneide entsprechend der herzustellenden Fläche gesteuert.
Drehen zur Erzeugung beliebiger, durch Steuerung der
bestimmter, nicht rotationssymmetrischer Flächen
A) Längs-Unrunddrehen, B) Einstech-Unrunddrehen (Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
a Werkstück, b Werkzeug, c Steuereinrichtung
Weiter Drehmaschinen
Übersicht der Drehmaschinen:
Um die vielfältigen Ausführungsformen, die auf dem Markt angeboten werden, einordnen zu können, müssen möglichst unveränderliche und allgemein erkennbare Einteilungsgesichtspunkte herangezogen werden.
Dies können sein:
1 - Lage der Hauptachse: senkrechte Bauweise, waagrechte Bauweise
2 - Lage des Bettes, Tisches: Horizontal-, Vertikal- und Schrägbett
3 - Automatisierungsgrad: Handbediente Drehmaschinen, programmgesteuerte Drehmaschinen
4 - Steuerungsart: Mechanisch, hydraulisch, elektrisch, elektrohydraulisch
5 - Art der Zuordnung von Vorschub- und Schnittgeschwindigkeit
6 - Größe des Werkstückspektrums: Universal-, Mehrzweck-, Einzweckdrehmaschinen
7 - Grobform der Werkstücke: Wellenform, Scheibenform, Sonderform
8 - Art der Werkstückaufnahme: Spitzen, Futter, Spannzange, Planscheibe
9 - Anzahl der Werkstückaufnahme: Einspindel-, Mehrspindeldrehmaschine
10 - Werkzeugaufnahme: Einzel-, Mehrfachwerkzeugaufnahme, Werkzeugmagazin
Revolverdrehmaschine:
Diese Drehmaschinengruppe überdeckt in Abhängigkeit von der Steuerungsart den Bereich der handbedienten Drehmaschinen bis zum Drehautomat. Die Revolverdrehmaschine dient der Herstellung von Serien gleicher Werkstücke.
Dir nacheinander in Eingriff kommenden Werkzeuge sind in einem schwenkbaren Werkzeugrevolver untergebracht. Die Schwenkung der Werkzeugaufnahme erfolgt durch Handsteuerung oder automatisch nach jedem Arbeitsgang.
Das wesentliche Merkmal einer Revolverdrehmaschine ist, dass werkstückabhängige voreingestellte Werkzeuge in einem Mehrfachwerkzeugträger mit meist rotierenden Werkzeugwechselbewegung (Revolverkopf) aufgenommen werden.
Schutzscheibe Revolverkopf CNC CNC-Drehmaschine mit vertikalem Bett (Autorenkollektiv, 1995)
Zur Senkung der Bearbeitungszeit sind die Anordnung der Werkzeuge wie die Folge der Arbeitsgänge zu wählen, dass möglichst viele Werkzeuge simultan arbeiten.
Die zusätzliche Ausrüstung mit Querschlitten ist möglich.
Revolverköpfe (= Revolverwerkzeughalter):
Zur Aufnahme mehrerer Werkzeuge wurde der Mehrfachstahlhalter weiter entwickelt. Die Werkzeuge werden nun am Umfang und/oder an der Stirnseite einer Scheibe eingesetzt, die entsprechend dem Arbeitsablauf schrittweise weitergeschaltet wird. Nach der Lage der Drehachse unterscheidet man mehrere Systeme.
a) TROMMELREVOLVER
Der Trommelrevolver ist eine scheibenförmige Werkzeugaufnahme. Die Werkzeuge werden in Bohrungen an den Stirnseiten eingesetzt (automatischer Werkzeugwechsel möglich).
Entsprechend der Indexierung sind in gleichen Abständen bis 16 Aufnahmebohrungen vorhanden. Weit verbreitet sind Revolverköpfe der beschriebenen Bauart bei NC-Drehmaschinen, die hier als Trommelwerkzeugspeicher bezeichnet werden.
b) STERNREVOLVER
Beim Sternrevolver sind die Werkzeuge senkrecht oder schräg zur Revolverkopfachse angeordnet. Die Revolverkopfachse liegt oft senkrecht zur Hauptspindelachse. Da die Werkzeuge weit aus dem Revolverkopf auskragen und weit auseinander stehen, eignen sich die Sternrevolver für Werkstücke mit großem Durchmesser.
Trommel- und Sternrevolver
(Rabe, 1955)
c) FLACHTISCHREVOLVER
Der Flachtischrevolver ist eine Abwandlung des Sternrevolvers.
Die Anordnung auf der Maschine entspricht der des Sternrevolvers. Auf dem sechs- oder viereckigen Grundkörper können auf jeder Seite mehrere Werkzeuge angebracht werden. Die Werkzeughalter werden in T-Nuten oder Prismenaufnahmen befestigt, wobei auch Mehrfachwerkzeughalter verwendet werden können. Das genaue Ausrichten ist schwieriger als bei einer Aufnahmebohrung.
Vorteil: Höhere Flexibilität
Flachtischrevolver
A) Für Werkzeugsystem mit VDI - Zylinderschaft
B) Für Pittler "Pimat"-System
(Rabe, 1955)
d) SCHEIBENREVOLVER
Mit Scheibenrevolvern werden Werkzeugträger bezeichnet, bei denen die Werkzeugaufnahmen in der Scheibe versenkt angeordnet sind.
Plandrehmaschine:
Zur Bearbeitung von Werkstücken mit großem Durchmesser dienen Plandrehbänke.
Der Spindelstock trägt eine Planscheibe (bis etwa 2500 mm Durchmesser), die wegen der großen erforderlichen Drehmomente häufig über Ritzel und Innenzahnrad angetrieben wird.
Es können Werkstücke mit einer Masse bis 10.000 kg liegend bearbeitet werden. Das Maschinenbett schließt wegen des großen
Durchmessers nicht direkt an den Spindelstock an und trägt fallweise einen Reitstock. Der massive Werkzeugträger wird durch
einen eigenen Elektromotor angetrieben. Der Zusammenhang des Vorschubes mit der Antriebsdrehzahl wird durch
eine elektrische Welle erreicht.
Gegebenfalls kann auch zwischen Planscheibe und Vorschubschlitten eine Grube vorgesehen werden. Vorteilhaft ist der
geringe Platzbedarf. Als Nachteil stehen dem gegenüber lange Ausrichtzeiten, wodurch Hallenkräne lange Zeit blockiert werden.
Plandrehmaschine (Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Karusselldrehmaschinen:
Die Karusselldrehmaschine ist durch die sich um eine senkrechte Achse drehende Planscheibe und darauf gespannte Werkstücke gekennzeichnet.
Normalerweise führt das Werkstück die Drehbewegung aus, während der Drehstahl die Vorschubbewegung macht.
Bei sogenannten Drehwerken sind die Bewegungsverhältnisse anders. Dabei bleibt das Werkstück in Ruhe und das
Drehwerkzeug führt beide Bewegungen, die drehende Hauptbewegung und den Vorschub aus.
Bei der Senkrecht-Drehmaschine wird die Planscheibe mit lotrechter Drehachse als Tisch oder bei großem Durchmesser knapp über dem Bodenniveau angeordnet. Damit vermeidet man den Nachteil der Plandrehmaschine, sperrige, schwere Werkstücke am Kran hängend spannen zu müssen.
Vorteile:
- leichte Zu- und Abfuhr sowie Aufspannung der Werkstücke
- die Bearbeitung kann in der späteren Einbaulage erfolgen
- genaue Fertigung durch einmalige Aufspannung durch Zusatzeinrichtungen
Nachteile:
- relativ schlechte Spanabfuhr
- teuer und mehr Platz erforderlich (gegenüber Plandrehmaschine)
Karusselldrehmaschinen (Bruins, D.
H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Drehautomaten:
Allgemeines
Kennzeichnend für Automaten ist der vollständige selbsttätige Ablauf des Arbeitsvorganges. Während Bearbeitung und Werkzeugaufnahme ähnlich wie bei Revolverdrehmaschinen ausgeführt sind, werden die Befehle oder Signale für die einzelnen Funktionen nun von einem Datenträger abgenommen.
Diese Datenträger, etwa Kurvenscheiben bei den mechanischen Automaten und Lochstreifen bzw. Magnetbänder bei den elektronisch gesteuerten Maschinen tragen alle Befehle, die zur Fertigung eines Stückes notwendig sind. Sie müssen also je Werkstück eine Umdrehung bzw.
einen Umlauf ausführen.
Als Drehautomaten im engeren Sinn bezeichnet man die mechanisch gesteuerten Automaten. Sie haben eine Steuerwelle, von der alle Befehle abgeleitet werden und die je Werkstück eine Umdrehung macht. Die Befehle werden durch Nocken, die gegen Rückholfedern arbeiten, oder durch formschüssige Kurven gegeben.
Um die vielfältigen Ausführungsformen, die auf dem Markt angeboten werden einordnen zu können, müssen möglichst allgemein erkennbare Einteilungsgesichtspunkte herangezogen werden. Dies können sein:
Automatisierungsgrad: Vollautomate, Halbautomaten
Steuerungsart: Kurvengesteuerte und programmgesteuerte Automaten
Anzahl der Hauptspindeln: Einspindel- und Mehrspindelautomaten
Werkstückform: Stangen- Futterautomaten
Lage der Hauptspindel: Waagrecht- und Senkrechtautomaten
Halbautomaten- Vollautomaten:
Halbautomaten sind Maschinen, bei denen das Auf- Abspannen der Werkstücke
von Hand erfolgen muss.
Vollautomate sind Maschinen , bei denen sämtliche
Tätigkeiten, einschließlich der Werkstoffzuführung bei Stangenautomaten oder
das Werkstück- Wechseln bei Futterautomaten, selbsttätig erfolgen.
Kurvengesteuerte Drehautomaten:
Die Drehautomaten waren die ersten automatisch arbeitenden spanenden
Werkzeugmaschinen.
Die Gründe für die Entwicklung der Automaten waren nicht nur die angestrebten
Leistungssteigerung und die Erleichterung der Maschinenbedienung, sondern die
von der menschlichen Geschicklichkeit unabhängige, gleichbleibende
Fertigungsgenauigkeit.
An einer Werkzeugmaschine kommen mehrere Steueraufgaben vor. Komplizierte Steuerungen bestehen eigentlich nur aus einer Summe einfacher Blockschaltungen, die sich zum Teil gegenseitig beeinflussen. Deshalb müssen wir nach ihrer Funktionsweise unterscheiden:
a.
) Zentralsteuerung
Bei diesem Steuerungssystem werden mehrere unabhängige oder verkettete Vorgänge von einer Steuereinrichtung zentral gesteuert.
Zentralsteuerung (Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
b.) Folgesteuerung
Über Zwischenglieder der Steuereinrichtung löst ein Vorgang den nächsten aus. Als Beispiel zeigt, das darunter liegende Bild, einen hydraulischen Schlittenantrieb, dessen Bewegungsumsteuerung als Folge der vorgehenden Bewegung erzielt wird.
Folgesteuerung (Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
c.) Programmsteuerung
Alle Bewegungs- und Schaltvorgänge laufen nach einem Fertigungsprogramm selbsttätig ab. Das darunter liegende Bild zeigt den Steuermechanismus eines kurvengesteuerten Drehautomaten. Es sitzen praktisch mehrere Befehlsgeber auf einer gemeinsamen Welle, die für automatische Betätigung geeignet ist.
Steuerungsmechanismus: A) Nockensteuerung, B) Kurvensteuerung
(Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Der Mehrkurvenautomat sei an einem vereinfachten Schema gezeigt. Die Steuerwelle wird direkt über Wechselräder angetrieben und leitet über Steuerkurven alle Funktionen ein.
Schema eines Mehrkurvenautomaten
a Schalten der Spindeldrehzahl
b Materialvorschub
c Werkstückspannung (Spannzange)
d Bewegung des Einstechschlittens
e Bewegung des Revolverkopfes
(Bruins, D.H.
und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Einspindeldrehautomaten:
Der Arbeitsraum der mechanisch gesteuerten Einspindel- Drehautomaten ist
durch den Einsatz mehrerer simultan arbeitender Schlitten gekennzeichnet. Durch
Möglichkeit zur Senkung der Hauptzeit, die jedoch durch die Gefahr von
geometrischen und technologischen Kollisionen eingeschränkt ist.
Unter diesen Automaten findet man Langdreh-, Kurzdreh-, Spitzdreh-, und
Revolverdrehautomaten. Als Beispiel sei das Prinzip der Revolverdrehautomaten
und Langdrehautomaten erwähnt.
a.) RevolverdrehautomatUnter den Revolverdrehautomaten entspricht der Arbeitsraum etwa dem Bild 1.
36.
Im Beispiel sind vier Radialschlitten angeordnet, von denen die beidenQuerschlitten auch mit einer Querfräs- oder Querlochbohreinrichtung ausgerüstet
werden können.
(Bruins, D.H. und Dräger, Hans – Jürgen,1984)
Revolverdrehautomat
b.) LangdrehautomatenLangdrehautomaten werden vorwiegend für die Feinmechanik gebraucht.
Dies sind kurvengesteuerte Maschinen, die entgegen Revolverdrehautomaten keinen
Revolverkopf, aber ähnliche Werkzeuganordnung besitzen. Besonderes
Kennzeichen ist die axial verschiebbare Hauptspindel, mit deren Pinole der
Längsvorschub über Kurven gesteuert wird.
Kurvengesteuerte Einspindeldrehautomaten verarbeiten meist stangenförmigen
Werkstoff. Weniger häufig werden Rohteile aus Stangenabschnitten oder
vorbearbeitet angeliefert. Zur Bearbeitung von Werkstoffstangen zwischen 2 und
80 mm Durchmesser werden verschiedene Größen von Drehautomaten
hergestellt.
Fräsen
„Fräsen ist ein Bearbeitungsverfahren, bei dem das Werkstück gegen ein rotierendes Werkzeug, den Fräser, bewegt wird.
Das Werkstück ist beim Fräsen auf einem Tisch aufgespannt, der sich mit einer bestimmten Vorschubgeschwindigkeit auf den Fräser zu bewegt.“ (Großes Lexikon A- Z 1997)
Fräsvorgang und Fräswerkzeuge
Der Fräser ist ein mehrschneidiges Werkzeug. Beim Fräsen dringen die kreisförmigen Schneiden des Fräsers in den Werkstoff ein und heben Späne ab. Jede Fräserschneide ist nur während eines Teiles der Fräserumdrehung an der Spanabnahme beteiligt. In der übrigen Zeit läuft sie leer und kann sich wieder abkühlen. Dadurch ist die Beanspruchung nicht so groß wie bei einschneidigen Werkzeugen (z.
B. beim Drehmeißel). Der Fräser macht die kreisförmige Haupt- und Schnittbewegung. Die Vorschubbewegung wird durch den Frästisch, auf dem das Werkstück aufgespannt wird, ausgeführt. Das Fräsen erfolgt im allgemeinen auf Waagerecht- oder Senkrechtfräsmaschinen. Für besondere Zwecke gibt es Sonderfräsmaschinen, z.
B. Zahnrad- und Gewindefräsmaschinen.
Fräsverfahren und erzeugte Formelemente
Herstellen ebener Flächen
Umfangsplanfräsen
Beim Walzenfräsen, auch Umfangsplanfräsen genannt, dreht sich ein Zylinder, der an seinem Umfang verzahnt ist um seine eigene Achse mit einer der gewünschten Schnittgeschwindigkeit entsprechenden Drehzahl. Die Fräserachse und liegt dabei parallel zur gefertigten Fläche und das Werkstück bewegt sich mit der eingestellten Vorschubgeschwindigkeit in Pfeilrichtung auf den Fräser zu, wobei eine der Schnitttiefe entsprechende Werkstoffmenge zerspant wird.
Umfangsstirnfräsen
Beim Umfangsstirnfräsen steht die Fräserachse senkrecht zur gefertigten Fläche. Der Fräser spant hauptsächlich mit den Umfangsschneiden (Hauptschneiden), während die Stirnschneiden (Nebenschneiden) nur einen dünnen Span von der Werkstückoberfläche abnehmen.
Die Umfangsschneiden können dabei zur Drehachse einen beliebigen Einstellwinkel haben. Im Bild ist der Einstellwinkel κ (Kappa) = 90°. Besonders bei Messerköpfen sind Einstellwinkel von 75, 60 und 45° gebräuchlich.
Umfangstirnplanfräsen
Den Umfangsschneiden fällt beim Umfangstirnplanfräsen ebenfalls die Hauptzerspanungsleistung zu. Diese erzeugen aber auch die Planfläche. Diesem Fräsverfahren ist auch das Nutenfräsen, bei dem der stirnverzahnte Schaftfräser mit seinem halben Umfang im Werkstück in Eingriff ist, und das Schlitzfräsen mit einem Scheibenfräser, dessen beide Planseiten mit Nebenschneiden versehen sind zuzuordnen.
(Prof. Dr. – Ing. Spur, Günter und Prof.
Dr. – Ing.
Stöferle, Theodor, 1979)
Herstellen kreiszylindrischer Flächen
Umfangsrundfräsen mit innen- und außenverzahnten Scheibenfräser
Beim Umfangsrundfräsen mit einem außenverzahnten Scheibenfräser schneidet der Fräser zunächst eine Nut in das Werkstück, bis der gewünschte Zapfenradius erreicht ist. Danach führt das Werkstück eine Rundvorschubbewegung, bei der bei gleichem Abstand der Fräser und Werkstückachse ein konzentrischer Zapfen entsteht. Wenn dieser Abstand z.B. durch eine Nachformeinrichtung verändert entsteht nach einer Werkstückumdrehung ebenfalls ein Zapfen, dessen Achse jedoch gegen die Werkstückachse versetzt ist.
Dieselbe Arbeit ist im Prinzip im Umfangsrundfräsen mit innenverzahntem Scheibenfräser möglich Dabei führt ein ringförmig innenverzahnter Scheibenfräser die Fräsarbeit aus.
Erzeugen kreiszylindrischer Flächen
A)durch Umfangsrundfräsen mit außen verzahntem Fräswerkzeug,
B)durch Umfangsrundfräsen mit innen verzahntem Fräswerkzeug
(Prof. Dr. – Ing. Spur, Günter und Prof.
Dr. – Ing.
Stöferle, Theodor, 1979)
Herstellen von Schraubenflächen
Schraubfräsen mit Scheiben- und Schaftfräser
Beim Schraubfräsen mit Scheibenfräser ist die Achse des Fräsers entsprechend der Steigung des zu bearbeitendem Werkstückes um den Winkel α gegen die Werkstückachse gedreht. Das Werkstück führt während dessen eine gleichzeitige Rund- und Langvorschubbewegung aus, sodass der außenverzahnte Scheibenfräser eine Nut in das Werkstuck fräst.
Durch Schraubfräsen mit Nutenfräser wir dieselbe Bearbeitungsaufgabe gelöst. Nur mit dem Unterschied das ein Schaftfräser anstatt de Scheibenfräsers verwendet wird, dessen Drehachse senkrecht zur Werkoberfläche steht. Die Vorschub- und Drehbewegung wird auch hier zur Erzeugung der Schraubfläche genutzt.
(Prof.
Dr. – Ing. Spur, Günter und Prof. Dr. – Ing. Stöferle, Theodor, 1979)
Gewindefräsen
Das Gewindefräsen ist dem Schraubfräsen mit Scheibenfräser sehr ähnlich, es wir nur statt eines rechtwinkligen Werkzeugprofils ein Scheibenfräser mit den Gewindeflanken angepassten Profil verwendet.
Die Längsbewegung kann bei den oben genannten Fräsverfahren vom Werkstück oder vom Fräser ausgeführt werden.
Herstellen beliebiger, durch ein Profilwerkzeug bestimmter Profile
Profilfräsen in der Ebene
Beim ebenen Profilrundfräsen erzeugt ein Walzenfräser, der an seinem Umfang verzahnt ist, das Gegenprofil auf dem Werkstück, dass mit Hilfe des Längsvorschubs an dem Werkstück vorbeigeführt wird.
Profilrundfräsen
Dabei wird ein Werkstuck mit Hilfe des Rundvorschubs an einem außenverzahnten Scheibenfräser vorbeigeführt. Der Scheibenfräser trägt an seinem Unfang das Profil und kann so das Gegenprofil auf dem Werkstück erzeugen. Zuvor müssen sich jedoch die Achsen des Werkstücks und des Fräsers auf die erforderliche Arbeitstiefe genähert haben. Die gleiche Arbeit kann dabei von sowohl von einem außenverzahnten Scheibenfräser als auch von einem innenverzahnten Ringfräser erfolgen, wie das Bild zeigt.
(Prof. Dr. – Ing. Spur, Günter und Prof.
Dr. – Ing.
Stöferle, Theodor, 1979)
Nachformfräsen
Beim Nachformfräsen ebener Kurven wird ein Walzenfräser (Bild A) durch eine Nachformsteuerung, entsprechend einer Steuerschablone über das Werkstück geführt wirt und das von der Schablone vorgegebene Profil formt. Es kann ebenfalls ein profiliertes Werkzeug statt eines zylindrischen verwendet werden. Dabei ist jedoch zu beachten, dass der Durchmesser des Nachformführers dem mittleren Arbeitsdurchmesser des Werkzeuges entspricht.
(Prof. Dr. – Ing.
Spur, Günter und Prof. Dr. – Ing. Stöferle, Theodor, 1979)
Beim Nachform- Raumfräsen wird ein zylindrischer oder profilierter Schaftfräser durch eine in drei Achsen gesteuerte Nachformeinrichtung über das Werkstück geführt. Dies erfolgt meist im sogenannten Zeilennachformfräsen. Dabei sind immer zwei Achsen nachgeformt, während Nachformeinrichtung und Werkzeug in der dritten Achse (meist die z – Achse) schrittweise bewegt werden.
Dafür ist es erforderlich, dass die Form des Fühlstiftes genau der des Fräsers entspricht.
Fräser
Gleich- und Gegenlauffräsen
Bild 1
Bild 2
(Autorenkollektiv, 1963)
Gegenlauffräsen (Bild 1) Die Vorschubbewegung erfolgt entgegengesetzt der Hauptbewegung des Fräsers. Die Spandicke nimmt vom Punkt A bis zum Punkt B allmählich zu, so dass sich ein kommaförmiger Span ergibt. Bevor der Zahn in den Werkstoff eindringen kann, gleitet er etwas auf der Arbeitsfläche entlang. Dadurch entsteht eine starke Reibung. Infolge der veränderlichen Spandicke ist die Fräsmaschine ungleichmäßig belastet.
Gleichlauffräsen (Bild 2)Die Richtung der Vorschubbewegung ist gleich der Hauptbewegung. Der Span wird an der dicksten Stelle (B) zuerst abgetrennt. Das Verfahren ist nur auf besonders kräftig gebauten Maschinen Möglich, deren Tischspindel keinerlei Spiel haben oder bei denen es durch Sondermaßnahmen beseitigt bzw. unwirksam gemacht wurde. Für die Fräserstandzeit ist Gleichlauf günstiger als Gegenlauf, sofern nicht in harte Gußhjaut oder verkrustete Schmiedestückoberflächen eingeschnitten wird. Beim Gleichlauffräsen wirkt ein großer Anteil der Schnittkraft ziehend auf das Werkstück.
Beim Stirnfräsen mit symmetrischer Lage des Fräserkopfes zum Werkstück sind die Wirkungen von Gleich- und Gegenlauf vernachlässigbar wie das Bild xxx zeigt. Wied der Fräskopf jedoch seitlich bewegt entstehen ähnliche Schnittbewegungen wie beim Umfangsfräsen.sz
(Braun, Herwig, Doll, Werner, Günter, Werner u.a., 1996)
Dadurch, dass die Kraftrichtungen beim Gleich- und Gegenlauffräsen in unterschiedliche Richtungen wirken, wird der Fräser beim Gleichlauffräsen vom Werkstück weg und beim Gegenlauffräsen zum Werkstück hingezogen. Dieses zeigt auch die Grafik auf der die Formänderungen des Schafträsers übertrieben dargestellt wird.
(Braun, Herwig, Doll, Werner, Günter, Werner u.a., 1996)
Winkel am Fräser
Bearbeitungswerkzeuge haben verschiedene Formen und Abmessungen und eine unterschiedliche Anzahl von Schneiden (der Drehmeißel ist z.B. ein einschneidiges Werkzeug, der Fräser hingegen ist meist ein mehrschneidige Werkzeug). Werkzeuge mit Schneiden haben meist die gleichen Schneiden- und Winkelbezeichnungen und die dafür festgelegten Symbole.
Die geometrisch bestimmbare Schneide hat meist eine keilartige Form. Sie wird von den Flächen der Spanfläche und der Freifläche begrenzt. Die Schnittlinie dieser zwei Flächen ist die Schneidkante des Werkzeugs. Die Flächen der Spanfläche und der Freifläche können entweder gerade (bei Fräsern mit geraden Schneide) oder gekrümmt (bei Fräsern mit schraubenförmigen Schneiden) sein.
An den Schneiden normaler Fräser befindet sich in der Mehrzahl nur eine Schneidkante, die Hauptschneide. Die Messer von Messerfräsern haben außer der Hauptschneide noch Nebenschneiden.
Die Winkel an der Schneide werden von den einzelnen Flächen der Schneide oder auch der Ebene gebildet.
Die Gesamtheit aller Winkel, die beim Schneiden auftreten, bildet die Geometrie der Werkzeugschneide. Die Wahl der Große der verschiedenen Schnittwinkel ist abhängig von der Werkzeugform, dem Schneidenwerkstoff, dem Werkstückwerkstoff, der Werkzeugmaschine, dem Spanquerschnitt usw. Die Schneidenwinkel, im Zusammenhang mit den anderen Schnittbedingungen und Schnittwerten, haben Einfluss auf die Größe der Schnittkräfte und damit auf die Antriebsleistung der Werkzeugmaschine, auf die Standzeit, die Qualität der bearbeiteten Flächen, die Arbeitsproduktivität und die Wirtschaftlichkeit der Bearbeitung.1
2
3
1 Schneide, 2 Schneidrücken, 3 Freifläche (Dipl. – Ing.
Golz, Wolf-Dietrich, 1969)
Der Freiwinkel α (Alpha) ist der Winkel, der von der Freifläche un der Tangente zum Umfang des Fräsers (der Schnittebene) eingeschlossen wird.
Der Keilwinkel β (Beta) ist der Winkel, der von der Spanfläche und von der Freifläche des Fräserzahnes eingeschlossen wird. Seine Größe kann nur durch Schleifen des Werkzeugs geändert werden.
der Spanwinkel γ (Gamma) ist der Winkel zwischen der Spanfläche und der Verbindungslinie zwischen der Spitze der Schneide und dem Mittelpunkt des Fräsers (Drehachse).
Der Schnittwinkel δ (Delta) ist der Winkel zwischen der Spanfläche und der Tangente des Umfangs (Schnittebene).
Der Einstellwinkel κ (Kappa) ist der Winkel zwischen der Schneidkante (seiner Projektion) und der Ebene, senkrecht zur Achse des Fräsers.
der Neigungswinkel λ (Lambda), ist der Winkel, der von der Tangente der Schraubenlinie und der Achse des Fräsers eingeschlossen wird. Er kommt bei Fräsern mit schrägen, schraubenförmigen Schneiden und bei wechselnden und pfeilförmigen Schneiden vor.
Solche Fräser haben auch den Vorteil das sie im Vergleich zu Fräsern dessen Zähne parallel zur Fräserachse stehen ruhiger, da immer, wenn ein Zahn aus dem Werkstoff heraustritt, ein anderer Zahn im Anschnitt ist.
Der Eckwinkel(Spitzenwinkel) ε (Epsilon) ist der Winkel zwischen zwei zusammengehörigen Haupt- und Nebenschneiden, wie sie beim Messerkopf zu finden sind. Sie werden in der Werkzeugbezugsebene gemessen. Die Beziehungen zwischen den einzelnen Winkeln der Schneide des Fräsers werden in einem System von Ebenen bestimmt, die in einen beliebigen Punkt der Schneide gelegt werden können.
(Dipl. – Ing. Golz, Wolf-Dietrich, 1969)
Es gibt folgende Ebenen am Fräser:
Die Werkzeugbezugsebene, die senkrecht zur Achse des Fräsers liegt. In ihr liegt die Umdrehungsrichtung des Fräsers. Zu den Zeichen der Winkel in der Werkzeugsbezugsebene wird der Index 1 zugeschrieben (z.B.
α1).
Die Werkzeugschneidenebene ist die die Schneide enthaltende Ebene. Sie verläuft parallel zur Fräserachse und steht senkrecht zur Umdrehungsrichtung, der Werkzeugbezugsebene. Zu den Winkeln dieser Ebene wird der Index 2 dazugeschrieben.
Die Ebene 3, die Werkzeugmessebene, steht senkrecht zur Tangente der Schneide. In dieser Ebene werden die Winkel der Schneide des Fräsers gemessen.
Diese Winkel werden ohne Indizes geschrieben.
Werkstoffe für Fräser (Schneidstoffe)
Fräser werden meist aus Schnellarbeitsstahl, der den Werkzeugstahl mehr und mehr verdrängt hat, und Hartmetall gefertigt. Schnellarbeitsstahl wird wegen seiner geringen Kosten und großer Zähigkeit vorzugsweise für Vollstahlwerkzeuge verarbeitet, wobei sich große Spanwinkel und sehr enge Zahnteilungen realisieren lassen.
Hartmetall oder Keramik erlauben hohe Schnittgeschwindigkeiten, durcheine hohe Verschleißverstigkeit und hohe Wärmebeständigkeit. Sie werden vorwiegend in form von Schneidplatten auf Werkzeugkörpern aufgelötet oder geklemmt. Mit solchen Wendeschneidplatten aus Keramik können auch gehärtete Werkstücke gefräst werden.
Diamant in form von Schneidplatten sind auch zum Fräsen von Aluminium – Silicium - Legierungen, die im Motorenbau häufig vorkommen, geeignet
(Vgl. Lehrbuch)
Spitzgezahnte Fräser
(Dipl. – Ing. Golz, Wolf-Dietrich, 1969)
Spitzgezahnte Fräser werden verwendet zum Fräsen ebener Flächen. Die Schneidzähne werden durch Fräsen hergestellt. Die Zahnform hängt von dem zu bearbeitenden Werkstoff ab.
Zum Bearbeiten von Stahl beträgt der Spanwinkel γ etwa 10 – 15° und der Freiwinkel α = 5 – 10°. Fräser für Leichtmetall erfordern wegen der großen Spanmenge geräumige Spannuten, der Spanwinkel beträgt 25° und der Freiwinkel 10 – 15°. Spitzgezahnte Fräser schleift man an der Freifläche nach, wodurch ein guter Rundlauf sichergestellt wird.
Hinterdrehte Fräser
Hinterdrehte Fräser werden zum Fräsen von gekrümmten Flächen verwendet. Da der Spanwinkel meistens fehlt, sind die Schnittleistungen ungünstig. Außerdem ist die Herstellung teuer.
Man verwendet deshalb hinterdrehte Fräser nur für solche Arbeiten, die mit spitzgezahnten Fräsern nicht auszuführen sind. Der Nachschliff erfolgt an der Spanfläche, so dass sich die Fräserform nicht ändert.
(Dipl. – Ing. Golz, Wolf-Dietrich, 1969)
Schnittrichtung der Fräser
(Autorenkollektiv, 1963)
Ein Fräser ist rechtsschneidend, wenn er, vom Antrieb aus gesehen, mit den Uhrzeigersinn läuft, und linksschneidend, wenn er vom Antrieb aus gesehen, gegen den Uhrzeigersinn läuft.
Bei wendelförmigen Zähnen ergibt sich ein seitlicher Schnittdruck.
Dieser soll auf die Fräserspindel gerichtet sein. Deshalb haben linksschneidende Walzenfräser meist Rechtsdrall und rechtsschneidende Walzenfräser Linksdrall. rechtsschneidende Stirnfräser haben Rechts- und linksscheidende Linksdrall.
Fräswerkzeuge
Die Nachfolgende Tabelle einige wichtige Fräser. Fräswerkzeuge kann man nach der Art der Aufnahme (Schaft- oder Aufsteckfräser), nach dem Zweck (z.B.
Nutenfräser) und der Lage und Form der Schneiden (z.B. Walzenstirnfräser) unterscheiden.
(Braun, Herwig, Doll, Werner, Günter, Werner u.a., 1996)
Aufspannen der Fräser.
Um eine einwandfreie Fräsarbeit zu liefern, muss der Fräser schlagfrei laufen. ist dieses nicht der Fall, dann werden die zähne ungleichmäßig belastet. Der Zahn, der am weitesten vorsteht, erzeugt auf der Arbeitsfläche Riefen. Damit der Fräser nicht rattert, muss der Fräsdorn genügend stark sein.
Fräsmaschinen
Die Wagerecht- Konsolenfräsmaschine
(Bild A)
Bild A
Bild B
Bild B
(Autorenkollektiv, 1963)
Die Konsolfräsmaschinen bestehen vorwiegend aus einem Ständer mit gegossener Grundplatte, einer Konsole für die Vertikalbewegung, darauf einem Kreuzschlitten, der die Querbewegung ausführt und die Führung für den Längstisch trägt. Die Maschine eignet sich für allgemeine Fräsarbeiten.
Ihr Kennzeichen ist der auf einer Konsole aufgebaute Tisch und die waagrecht oder senkrecht gelagerte Frässpindel.
Der Hauptantrieb: Die haupt- oder Schnittbewegung wird durch die waagerecht gelagerte Frässpindel ausgeführt. Um ein ruhiges Arbeiten zu gewährleisten, ist diese in ihren Abmessungen kräftig gehalten. Sie ist in Gleit- oder Rollenlagern gelagert. Damit immer mit der richtigen Schnittgeschwindigkeit gearbeitet werden kann, muss die Drehzahl der Frässpindel veränderlich sein. Bei älteren Maschinen erfolgt die Drehzahlabstufung durch Stufenscheiben.
Modernre Fräsmaschinen werden durch Einscheiben oder Flanschmotor angetrieben. Die Abstufung der Drehzahl erfolgt durch Schieberädergetriebe, die durch Hebel geschaltet werden (Bild B).
Das Vorschubgetriebe: Zum Anstellen des Werkstückes an den Fräser sind drei Bewegungen (Bild A) notwendig; (I) Längsbewegung des Tisches, (II) Seitenbewegung des Querschiebers, (III) Höhenverstellung des Winkeltisches. Beim Fräsen wird der Vorschub meist durch Längsbewegung des Tisches ausgeführt. Die Erzeugung des selbsttätigen Vorschubes erfolgt durch ein Vorschubgetriebe. Dieses erhält seinen Antrieb von der Antriebswelle der Fräsmaschine.
Durch das Getriebe ist es möglich, größere oder kleinere Vorschubgeschwindigkeiten zu wählen. Die Verbindung zwischen dem Vorschubgetriebe und der Spindel des Frästisches wird durch eine mit Gelenken versehene, ausziehbare Welle (Teleskopwelle) und ein Schneckengetriebe hergestellt. Die ausziehbare Welle ist notwendig, um die Bewegungsübertragung bei Wechselnder Höhen- und Seitenlage des Frästisches zu ermöglichen. Zur Begrenzung und selbsttätigen Ausschaltung des Vorschubes dienen Anschläge. Diese können auf die genaue Fräslänge eingestellt werden und schalten beim Erreichen der Vorschubgrenze den Vorschub selbsttätig ab.
Universalfräsmaschine: Diese unterscheidet sich dadurch von der Waagerecht – Konsolenfräsmaschine, dass der Frästisch winklig verstellbar ist, so dass schraubenförmige Nuten gefräst werden können.
Die Senkrecht – Konsolenfräsmaschine
(Bild A)
(Bild A)
(Bild B)
(Autorenkollektiv, 1963)
Die Haupt- oder Schnittbewegung wird durch die senkrechte Fräserspindel ausgeführt. Der Fräskopf ist drehbar, so dass die Frässpindel auch schräg gestellt werden kann. Das Haupt- und Vorschubgetriebe unterscheidet sich nicht von dem der Waagerecht – Konsolenfräsmaschine.
Bettfräsmaschine
Die Benennung von Fräsmaschinen geht von unterschiedlichen Gesichtspunkten aus, teils wird nach konstruktiven Merkmalen unterschieden, teils nach bestimmten Bearbeitungsaufgaben und teils nach Steuerungsart.
Die Bettfräsmaschine führt ihren Namen nach dem Maschinenbett, auf das sich die ganze Maschine aufbaut. Mit dieser Bauweise verknüpft, ist die unveränderliche Höhenlage des Aufspanntisches und damit des Werkstücks.
Als Gegenstück zur Bettfräsmaschine ist damit die Konsolfräsmaschine anzusehen, bei der die Höhenlage des Tisches veränderlich ist.
Bettfräsmaschinen bestehen meistens aus einem Unterteil, mit dem ein Ständer fest verschraubt ist. Der Ständer enthält eine Vertikalführung, in der entweder eine Horizontalfräseinheit oder eine Vertikalfräseinheit in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet ist. Das Grundgestell trägt eine Querführung, auf der ein Kreuzschlitten und auf diesem der Maschinenlängstisch gleitet.
(Prof. Dr.
– Ing. Spur, Günter und Prof. Dr. – Ing. Stöferle, Theodor, 1979)
Durch den Verzicht auf eine Konsole erhöht sich die Steifigkeit dieser Maschinenkonzeption. Das Verlegen der Vertikalbewegung in die Ständerführung hat den Vorteil, dass die Vorschubkraft genau im Massenschwerpunkt angreifen kann und sich dessen Lage nicht durch Querfahren des Kreuzschlittens ändert.
Je nach Anordnung der Hauptspindel unterscheidet man zwischen Vertikal- und Horizontalfräsmaschinen. Die meisten Bettfräsmaschinen können wahlweise mit Fräseinheiten der einen oder anderen Art ausgeschaltet werden und bieten darüber hinaus Kombinationsmöglichkeiten.
(Vgl. Prof. Dr. – Ing.
Spur, Günter und Prof. Dr. – Ing. Stöferle, Theodor, 1979)
Langfräsmaschine, Bohr- und Fräswerke
Bei der Langfräsmaschine ist das meist sperrige Werkstück auf einem stabilen Tisch gespannt, der auf einem langen Bett die Vorschubbewegung ausführt. Auf dem einen seitlich angeordneten Ständer bzw. am Portal bei den Zweiständerbauarten sind leistungsstarke Fräseinheiten angeordnet.
An die solide gelagerte Arbeitsspindel werden Messerköpfe großen Durchmessers geflanscht, die mit Hartmetall - Schneiden bestückt sind.
Haupteinsatzgebiet von Langfräsmaschinen ist die Bearbeitung von mittelgroßen oder großen bis langen Werkstücken. Kennzeichnend ist die senkrechte Verstellmöglichkeit des Fräswerkzeuges durch Höhenverstellung des an einem Einzelständer oder im Portal geführten Frässupports. Ohne zusätzliches Umsetzen oder Drehen des Werkstückes ist durch einen Frässupport am Querbalken mit Winkelfräskopf und anderen Zusatzeinrichtungen fünfseitige Bearbeitung möglich.
Waagrecht- Bohr- und Fräsmaschine
Waagrecht- Bohr- und Fräsmaschinen haben grundsätzlich eine waagrecht liegende Hauptspindel, die axial verschiebbar ist. Die rotierenden Bearbeitungswerkzeuge werden in die Werkzeugaufnahme am vorderen Ende der Hauptspindel eingesetzt.
Die Hauptspindel ist in einer rotierenden, axial feststehenden Spindelhülse geführt. Diese Spindelhülse ragt aus der Spindelkastenvorderwand heraus und trägt ebenfalls eine Werkzeugbefestigung, die vorwiegend zur Aufnahme von Fräswerkzeugen und Planscheiben benutzt wird.
(Vgl. Prof. Dr. – Ing.
Spur, Günter und Prof. Dr. – Ing. Stöferle, Theodor, 1979)
(Prof. Dr. – Ing.
Spur, Günter und Prof. Dr. – Ing. Stöferle, Theodor, 1979)
1. X-Achse = Ständer quer
2. Y-Achse = Spindelkasten senkrecht
3.
Z-Achse = Tragbalken längs
4. W-Achse = Spindel längs
5. B- Achse = Tisch rund
6. V-Achse = Tisch längs
Berechnungen, Kühlung, Einstellen der Frästiefe
Schnittgeschwindigkeit
Unter Schnittgeschwindigkeit beim Fräsen versteht man den Weg in m, den eine Fräserschneide in einer Minute zurücklegt.
(Autorenkollektiv, 1963)
Die Schnittgeschwindigkeit darf beim Fräsen nicht zu groß sein, sonst nutzen sich die Fräserzähne vorzeitig ab. Sie darf aber auch nicht zu klein sein, weil die Bearbeitungszeit für das Werkstück sonst zu lange dauern würde.
Die richtige Schnittgeschwindigkeit wird einer Geschwindigkeitstabelle entnommen, unter Berücksichtig
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