Drehmaschinen Bearbeitungstechnik Entwicklung Arbeitsweise
Drehmaschinen sind Werkzeugmaschinen, die hauptsächlich zum Drehen, Plandrehen und Bohren entwickelt wurden. Bei anderen Arten von Werkzeugmaschinen wird nur sehr wenig gedreht, und keiner kann dies mit der gleichen Leichtigkeit. Da Drehmaschinen auch Bohren und Reiben können, können dank ihrer Vielseitigkeit mehrere Arbeitsgänge mit einer einzigen Werkstückeinstellung ausgeführt werden. Folglich werden bei der Herstellung mehr Drehmaschinen verschiedener Typen verwendet als bei jeder anderen Werkzeugmaschine.
Die wesentlichen Komponenten einer Drehmaschine sind das Bett, Spindelstockbaueinheit, Reitstockbaueinheit und die Leitungen Crew und füttern Stange Bett das Rückgrat einer Drehmaschine ist. Es besteht in der Regel aus normalisiertem oder gealtertem Grau- oder Sphäroguss und bietet einen schweren, starren Rahmen, auf dem alle anderen Basiskomponenten montiert sind. Auf dem Bett befinden sich zwei Sätze von parallelen Längswegen (innen und außen), normalerweise auf der Oberseite. Einige Hersteller verwenden eine umgekehrte V-Form für alle vier Richtungen, während andere eine umgekehrte V-Form und eine flache V-Form in einem oder beiden Sätzen verwenden. Sie werden präzise bearbeitet, um die Genauigkeit der Ausrichtung sicherzustellen. Bei den meisten modernen Drehmaschinen sind die Bahnen oberflächengehärtet, um Verschleiß und Abrieb zu vermeiden. Beim Betrieb einer Drehmaschine sollten jedoch Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden, um sicherzustellen, dass die Bahnen nicht beschädigt werden. Jede Ungenauigkeit in ihnen bedeutet normalerweise, dass die Genauigkeit der gesamten Drehmaschine zerstört wird.
Der Spindelstock wird in der Regel am linken Ende der Maschine an einer Position im Innenkanal montiert. Im Wesentlichen besteht es aus einer Hohlspindel, die in genauen Lagern gelagert ist, und einem Satz von Getriebezahnrädern - ähnlich einem Lastwagengetriebe - durch die die Spindel mit einer Reihe von Geschwindigkeiten gedreht werden kann. Die meisten Drehmaschinen bieten 8 bis 12 Geschwindigkeiten, normalerweise in einem geometrischen Verhältnis, und bei modernen Drehmaschinen können alle Geschwindigkeiten nur durch Bewegen von 2 bis 4 Hebeln erreicht werden. Ein zunehmender Trend besteht darin, durch elektrische oder mechanische Antriebe einen stufenlosen Drehzahlbereich bereitzustellen.
Da die Genauigkeit einer Drehmaschine stark von der Spindel abhängt, ist sie schwer gebaut und in schweren Lagern gelagert, in der Regel vorgespannten Kegelrollen- oder Kugeltypen. Die Spindel hat eine durchgehende Bohrung, durch die langes Stangenmaterial zugeführt werden kann. Die maximale Größe des Stangenmaterials, die bearbeitet werden kann, wenn das Material durch die Spindel gefördert werden muss.
Die Heckmontage besteht im Wesentlichen aus drei Teilen. Ein unteres Gussteil passt auf die inneren Wege des Bettes und kann in Längsrichtung darauf gleiten, wobei ein Mittel zum Festklemmen der gesamten Anordnung an einer beliebigen Stelle vorgesehen ist. Ein oberes Gussteil passt auf das untere und kann auf irgendeine Art von verkeilten Wegen quer darauf bewegt werden, um das Ausrichten der Anordnung der Reitstockspule zu ermöglichen. Hierbei handelt es sich um einen hohlen Stahlzylinder mit einem Durchmesser von normalerweise 51 bis 76 mm (2 bis 3 Zoll), der mit Hilfe eines Handrads und einer Schraube mehrere Zoll in Längsrichtung in das obere Gussteil hinein und aus diesem heraus bewegt werden kann.
Die Größe einer Drehmaschine wird durch zwei Dimensionen bezeichnet. Dies ist der maximale Arbeitsdurchmesser, der auf einer Drehmaschine gedreht werden kann. Es ist ungefähr doppelt so groß wie der Abstand zwischen der Verbindungslinie zwischen den Drehzentren und dem nächstgelegenen Punkt auf den Wegen. Die zweite Abmessung ist der maximale Abstand zwischen den Zentren. Die Schaukel gibt somit den maximalen Werkstückdurchmesser an, der in der Drehmaschine gedreht werden kann, während der Abstand zwischen den Spitzen die maximale Länge des Werkstücks angibt, die zwischen den Spitzen montiert werden kann.
Motor-Drehmaschinen sind die Art am häufigsten bei der Herstellung verwendet. Sie sind Hochleistungswerkzeugmaschinen mit allen zuvor beschriebenen Komponenten und verfügen über einen Kraftantrieb für alle Werkzeugbewegungen mit Ausnahme der Verbundauflage. Sie haben üblicherweise eine Größe von 305 bis 610 mm (12 bis 24 Zoll) und Achsabstände von 610 bis 1219 mm (24 bis 48 Zoll), schwingen jedoch bis 1270 mm (50 Zoll) und Achsabstände bis 3658 mm (12 Zoll) Füße) sind keine Seltenheit. Die meisten haben Spänewannen und ein eingebautes Kühlmittelumlaufsystem. Kleinere Drehmaschinen mit Schwingungen von normalerweise nicht mehr als 330 mm (13 Zoll) sind auch in Bankausführung erhältlich und können auf einer Bank oder einem Schrank montiert werden.
Obwohl Motordrehmaschinen vielseitig und sehr nützlich sind, sind sie aufgrund der Zeit, die zum Wechseln und Einstellen von Werkzeugen und zum Durchführen von Messungen am Werkstück erforderlich ist, nicht für die Serienfertigung geeignet. Oft beträgt der tatsächliche Zeitaufwand für die Chipherstellung weniger als 30% der gesamten Zykluszeit. Außerdem ist für alle Operationen ein qualifizierter Maschinist erforderlich, und diese Personen sind teuer und häufig Mangelware. Ein Großteil der Zeit des Bedieners wird jedoch durch einfache, sich wiederholende Einstellungen und das Beobachten von Chips verbraucht. Folglich sind Revolverdrehmaschinen, Schneckenmaschinen und andere Arten von halbautomatischen und automatischen Drehmaschinen hochentwickelt und in der Herstellung weit verbreitet, um die Menge an Facharbeit zu verringern oder zu eliminieren, die erforderlich ist.
Eines der grundlegendsten Konzepte im Bereich fortschrittlicher Fertigungstechnologien ist die numerische Steuerung (NC). Vor der Einführung von NC wurden alle Werkzeugmaschinen manuell bedient und gesteuert. Unter den vielen Einschränkungen, die mit der manuellen Steuerung von Werkzeugmaschinen verbunden sind, ist möglicherweise keine größer als die Einschränkung der Fähigkeiten des Bedieners. Bei manueller Steuerung hängt die Qualität des Produkts direkt von den Fähigkeiten des Bedieners ab und ist auf diese beschränkt. Die numerische Steuerung ist der erste große Schritt weg von der menschlichen Kontrolle über Werkzeugmaschinen.Numerische Steuerung bedeutet die Steuerung von Werkzeugmaschinen und anderen Fertigungssystemen unter Verwendung von zuvor aufgezeichneten schriftlichen symbolischen Anweisungen. Anstatt eine Werkzeugmaschine zu bedienen, schreibt ein NC-Techniker ein Programm, das der Werkzeugmaschine Betriebsanweisungen erteilt. Damit eine Werkzeugmaschine numerisch gesteuert werden kann, muss sie mit einer Einrichtung zum Akzeptieren und Decodieren der programmierten Anweisungen verbunden sein, die als Leser bezeichnet wird.
Die numerische Steuerung wurde entwickelt, um die Beschränkung menschlicher Bediener zu überwinden, und hat dies auch getan. Numerische Steuerungsmaschinen sind genauer als manuell betriebene Maschinen, sie können Teile gleichmäßiger produzieren, sie sind schneller und die langfristigen Werkzeugkosten sind niedriger. Die Entwicklung von NC führte zur Entwicklung weiterer Innovationen in der Fertigungstechnologie: Funkenerosion, Laserschneiden, Elektronenstrahlschweißen.
Durch die numerische Steuerung sind Werkzeugmaschinen vielseitiger als ihre manuell bedienbaren Vorgänger. Eine NC-Werkzeugmaschine kann automatisch eine Vielzahl von Bauteilen herstellen, die jeweils eine Auswahl unterschiedlichster und komplexer Bearbeitungsprozesse umfassen. Die numerische Kontrolle hat es den Herstellern ermöglicht, Produkte herzustellen, die aus wirtschaftlicher Sicht mit manuell gesteuerten Maut- und Prozessanlagen nicht realisierbar gewesen wären.
Wie so viele fortschrittliche Technologien wurde NC in den Labors des Massachusetts Institute of Technology geboren. Das Konzept von NC wurde in den frühen 1950er Jahren mit finanzieller Unterstützung der US Air Force entwickelt. NC-Maschinen konnten in ihren Anfängen gerade Schnitte effizient und effektiv ausführen.
Kurvenbahnen waren jedoch ein Problem, da die Werkzeugmaschine programmiert werden musste, um eine Reihe von horizontalen und vertikalen Schritten durchzuführen, um eine Kurve zu erzeugen. Je kürzer die Geraden sind, aus denen die Stufen bestehen, desto glatter ist die Kurve. Jedes Liniensegment in den Stufen musste berechnet werden.
Dieses Problem führte 1959 zur Entwicklung der Sprache der automatisch programmierten Werkzeuge (APT). Dies ist eine spezielle Programmiersprache für NC, die Anweisungen verwendet, die der englischen Sprache ähneln, um die Teilegeometrie zu definieren, die Konfiguration des Schneidwerkzeugs zu beschreiben und die erforderlichen Bewegungen anzugeben.
Ein Hauptproblem war die Zerbrechlichkeit des gestanzten Papierbandmediums. Es war üblich, dass das Papierband, das die programmierten Anweisungen enthielt, während eines Bearbeitungsprozesses brach oder riss. Dieses Problem wurde durch die Tatsache verschärft, dass jedes Mal, wenn ein Teil auf einer Werkzeugmaschine nacheinander hergestellt wurde, das die programmierten Anweisungen tragende Papierband erneut durch den Leser laufen musste. Wenn es notwendig war, 100 Kopien eines bestimmten Teils zu produzieren, war es auch notwendig, das Papierband durch die 100 getrennten Zinken des Lesegeräts zu führen. Zerbrechliche Papierklebebänder konnten den Belastungen einer Produktionsumgebung und dieser Art der wiederholten Verwendung einfach nicht standhalten.
Dies führte zur Entwicklung eines speziellen Kunststoffmagnetbandes. Während das Papier die programmierten Anweisungen als eine Reihe von Löchern im Band trug, trug das Plastikband die Anweisungen als eine Reihe von Magnetpunkten. Das Plastikband war viel stärker als das Papierband, wodurch das Problem des häufigen Reißens und Reißens gelöst wurde. Es gab jedoch noch zwei andere Probleme.Das wichtigste davon war, dass es schwierig oder unmöglich war, die auf dem Band eingegebenen Anweisungen zu ändern. Um selbst die kleinsten Anpassungen in einem Programm von Anweisungen vorzunehmen, war es notwendig, die Bearbeitungsvorgänge zu unterbrechen und ein neues Band herzustellen. Es war auch weiterhin erforderlich, das Band so oft durch den Leser zu führen, wie Teile hergestellt werden mussten. Glücklicherweise wurde die Computertechnologie Realität und löste bald die NC-Probleme, die mit gelochtem Papier und Plastikband verbunden waren.
Die Entwicklung eines Konzepts, das als direkte numerische Steuerung (DNC) bekannt ist, löste die mit der numerischen Steuerung verbundenen Probleme mit Papier- und Kunststoffbändern, indem das Band als Medium für die Übertragung der programmierten Anweisungen einfach weggelassen wurde. Bei der direkten numerischen Steuerung sind Werkzeugmaschinen über eine Datenübertragungsverbindung mit einem Host-Computer verbunden. Programme zum Bedienen der Werkzeugmaschinen werden im Leitrechner gespeichert und über die Datenübertragungsverbindung der Werkzeugmaschine zugeführt. Die direkte numerische Steuerung bedeutete einen großen Fortschritt gegenüber Lochstreifen und Kunststoffbändern. Es unterliegt jedoch denselben Einschränkungen wie alle Technologien, die von einem Hostcomputer abhängig sind. Wenn der Host-Computer ausfällt, treten auch bei den Werkzeugmaschinen Ausfallzeiten auf. Dieses Problem führte zur Entwicklung der numerischen Computersteuerung.
