Werkzeug und Maschinen

Aufgrund ihrer Vielseitigkeit werden sie nach unterschiedlichen Merkmalen klassifiziert: nach dem zugrundeliegenden Herstellungsprozess in Formen und Trennen (im Wesentlichen: Teilen, Schneiden und Entfernen) sowie Fügemaschinen; nach dem zunehmenden Automationsgrad in konventionellen Maschinen, Automatikmaschinen, CNC-Maschinen, Bearbeitungszentren, flexiblen Produktionszellen, flexiblen Fertigungssystemen, flexiblen Transferlinien und konventionellen Transferlinien. Die modernen Bearbeitungsmaschinen sind in der Regel in Modulbauweise konzipiert.

Weitere Montagen sind Gründungen, Werkzeuglager und -wechsler, Werkzeughalter, Werkzeugwechsler, Werkstuckwechsler, Messsysteme sowie Ver- und Entsorgungsgeräte. Allerdings tauchten die ersten Maschinen im heutigen Sinn erst zu Anfang der Industrialisierung in England auf und verbreiteten sich recht rasch in allen Industrienationen.

Ursprünglich wurden mehrere Maschinen von einer einzigen dampfbetriebenen Lokomotive betrieben, aber ab etwa 1900 hatte jede Lokomotive ihren eigenen Elantrieb. Für Bearbeitungsmaschinen gibt es mehrere Festlegungen. Diese geben jedoch nur einen mehr oder weniger ungefähren Hinweis darauf, welche Maschinen Bearbeitungsmaschinen sind. Vorwiegend primäre Form- oder Fügemaschinen sind nur zum Teil enthalten.

Otto Kienzle, Dipl.-Ing. und Dozent, ist Autor einer vielfach verwendeten Begriffsbestimmung von Bearbeitungsmaschinen, die auch die Klassifizierung von Fertigungsprozessen nach DIN 8580 beinhaltet. Maschinen werden zur Fertigung und Zerspanung von Werkstoffen eingesetzt. Mit diesem Teil der Begriffsbestimmung wird sie von Prozessmaschinen zur Erzeugung flüssiger Produkte und von vielen anderen Maschinentypen wie Buchbinderei- oder Brotschneidemaschinen unterschieden.

Maschinenwerkzeuge nutzen Maschinen. Werkstücke und Werkzeug müssen von der Bearbeitungsmaschine gemeinsam gesteuert werden. So werden die Position von Werkzeug und WerkstÃ?ck untereinander sowie deren Bewegung durch die Maschinen und nicht durch den Menschen festgelegt. Damit wird eine Unterscheidung zu motorgetriebenen, aber manuell gesteuerten Tools wie Bohrschrauben, Puzzles oder Trennschleifern ("Flex") erreicht.

Ein solches Gerät würde bereits alle Eigenschaften einer Bearbeitungsmaschine ausfüllen. Die archäologischen Beweise sind jedoch nicht vorhanden, so dass es möglich ist, dass diese Replikbohrer den im neunzehnten Jahrhundert während der Industrialisierung gebräuchlichen Maschinen nachgebildet wurden. Maschinenwerkzeuge waren die Grundvoraussetzung für die Fertigung von leistungsstarken Dampfmotoren. So wurde die Lokomotive in den neuen Werken für den Betrieb zahlreicher Maschinen eingesetzt.

Die Konstruktion der erforderlichen Walzen von etwa einem Millimeter Innendurchmesser und zwei Messern Körperlänge stößt jedoch an die Grenze der Maschinen der damaligen Zeit: Eine Dimensionsabweichung von zwei Millimetern gilt als gutes Ende. Die erste Drehbank konstruierte er mit einem über die Kurbel bewegbaren Werkzeugträger (Unterstützung mit Vorschub). Früher waren die Instrumente noch handgeführt, so dass das Resultat der Arbeit sehr von der Kompetenz und dem Erfahrungsschatz des Mitarbeiters abhängig war.

Die Maschinen wurden mit der Erfindung von Maudslays präziser, hatten eine größere Leistung, waren weniger ermüdend zu arbeiten und erforderten weniger Schulungen zur Handhabung. Die gesteigerte Präzision der Maschinen ermöglichte es erstmalig, Schnecken so präzise zu fertigen, dass sie ausgetauscht werden konnten. Zur schnelleren Zerspanung wurden Maschinen mit mehreren Tools parallel dazu konzipiert und eingesetzt.

Im Jahr 1845 konstruierte der US-Amerikaner John Fitch aus Connecticut die erste Revolverdrehbank mit mehreren Werkzeugen in einem Turm, so dass sie rasch ausgetauscht werden konnte. Für seine Langhobelmaschine wurde Johann von Zimmermann, einer der Gründer des dt. Maschinenbaus, auf der Londoner Weltausstellung 1862 ausgezeichnet. Die ersten automatischen Universalfräsmaschinen von 1860 stammen vom amerikanischen Joseph Brown. Um 1900 waren auch die Maschinen zum Abfräsen von Zahnrädern technologisch reif.

Im Jahr 1853 wurde Hiram Barker und Francis Holt ein Patentschutz für eine Schleifmaschine für Kugeln aus Messing erteilt, die für Armaturen in Dampflokomotiven erforderlich ist. Im Jahr 1855 errichtete W. Muir & Co. in Manchester eine Werkzeugschleifmaschine für die Bearbeitung von Messern und Sägeblättern. Mithilfe des Kolbens der Dampflok hob der Hammer (das Werkzeug) an und ließ ihn auf das Bauteil sinken.

Das Entstehen von Maschinen wurde durch soziale, organisationale und technologische Bedingungen geprägt, während es oft erst ein gewisser Entwicklungszustand der Maschinen war, der diese Beeinflussungen möglich machte. Bei der Herstellung von mehrteiligen Gütern wie Maschinen oder Rüstungen war jedoch darauf zu achten, dass die Einzelteile gegenseitig umtauschbar sind. Die Anforderungen an die Präzision von Bearbeitungsmaschinen waren immer höher, aber auf der anderen Seite machte diese Präzision die Serienproduktion von Maschinen und Rüstungen erst möglich.

Ende des neunzehnten Jahrhundert waren die Maschinen genau genug, um einsatzfähige Gasturbinen nachzubauen. Während der zweiten Industrierevolution erlaubte die Weiterentwicklung von Verbrennungs- und E-Motoren, jeden Motor mit einem eigenen Motor auszurüsten, der nicht mehr auf benachbarte Dampferzeuger zurückgreifen musste. Bei der Ein- und Ausschaltung großer Maschinen wurden die anderen Maschinen starken Erschütterungen ausgesetzt, die das Ergebnis der Arbeit minderten.

Deshalb wurden die grössten Maschinen mit einem eigenen Frequenzumrichter ausgestattet und die übrigen Maschinen mehrere Jahre lang über Getriebe betrieben. Nur in der dritten Stufe erhielt jede einzelne Anlage einen eigenen Antriebsmotor. Die Umstellung auf Einzelantriebe wurde durch die Weiterentwicklung des Hochgeschwindigkeitsstahls erleichtert: Um sein Potenzial auszuschöpfen, wurden neue Maschinen gebraucht.

Die Maschinen erhielten später für jede Zustellachse einen eigenen Antrieb. Gleichzeitig wurden die Maschinen zunehmend vollautomatisiert, zunächst durch die Fortentwicklung der Mechanik, später mit einfacher elektrischer Steuerung oder gestanzten Karten. Der Leiter der Fachhochschule und später der Hochschule Hannover, Karl Karmarsch, schrieb ein Werk über das "System der Mechanik " und schuf eine wichtige Sammlung von Werkzeugen für Wissenschaft und Unterricht.

In einem 1900 von seinem Vorgänger Hermann Fischer veröffentlichten Werk über die Wissenschaft der Werkzeugmaschinen klassifiziert und beschrieben er bestehende Maschinen, befasste sich aber auch mit der Funktionsweise und Signifikanz von Spitzen- und Nebensaisonen. Allerdings war die für die reine Regelung erforderliche Elektronik bereits jetzt deutlich teuerer als eine herkömmliche Maschinen. Durch die Weiterentwicklung des Mikrorechners in den frühen 1970er Jahren, in der dritten Industrierevolution, war es möglich, jede einzelne Anlage mit einem eigenen Computer auszurüsten, was den wirtschaftlichen Einsatz von numerischen Kontrollen ermöglicht.

Dank eines Bearbeitungszentrums, das für beide Prozesse geeignet ist, entfällt das Umstecken und der Transport des Werkstücks zwischen den beiden Maschinen. In diesen Fällen werden mehrere identische oder unterschiedliche Maschinen durch Transportvorrichtungen (z.B. die neuen Industrieroboter) miteinander vernetzt, die für jedes Bauteil einen eigenen Weg durch das Gesamtsystem aufzeigen. 13 ] Während China weiterhin Nettoimporte von Bearbeitungsmaschinen tätigt, weisen Japan und Deutschland einen klaren Ausfuhrüberschuss auf.

Die wichtigsten Kundenindustrien sind der Maschinen- und Anlagenbau mit rund einem Dritteln der Fertigung und die Automobilindustrie mit Lieferanten mit einem weiteren DRITTE. In der engeren Ansicht werden nur die Form-, Schneid- und Abtragsmaschinen als Bearbeitungsmaschinen betrachtet. Aus einer breiteren Perspektive umfasst man auch die primären Umformmaschinen (z.B. Gießmaschinen), Fügemaschinen und alle Trennmaschinen (Schneiden, Schneiden und Abtragen).

Schneidemaschinen sind den Umformmaschinen im Bauwesen sehr nahe und werden in Scheren, Stanzpressen und Stanzen unterteilt. Die Montage von Bearbeitungsmaschinen erfolgt in der Regel aus dem Baukasten. 19] Die bedeutendsten davon sind Rahmen, Antriebe, Steuerungen und Führungselemente, die dem Werkzeug nur gewisse Bewegungsspielräume erlauben und andere aufhalten. Weitere Montagen sind Gründungen, Werkzeuglager und -wechsler, Werkzeughalter, Werkzeugwechsler, Werkstuckwechsler, Messsysteme sowie Ver- und Entsorgungsgeräte.

Der Maschinenrahmen absorbiert die Zerspanungskräfte und fixiert die Position aller Aggregate zueinander. Dabei wird die statistische und thermische Festigkeit der Maschine weitgehend ausgenutzt. Für kleinere Maschinen sind die Regale als Tabelle ausgelegt. Bei schwereren Maschinen werden Bettbauweisen in geöffneter (stehende oder C-Ausführung) oder geschlossenen (Portalausführung) Ausführung verwendet. Die Hauptantriebe bestehen in der Regel aus einem Antrieb, einem Schaltgetriebe, einer Rutschkupplung (im einfachen Falle eines Keilriemens, der im Falle einer Überlastung rutscht) und der Hauptwelle als Werkzeug- oder Werkstückträger.

Weitere Bearbeitungsmaschinen haben einen direkten Antrieb, bei dem sich der Läufer des E-Motors unmittelbar auf der Hauptspindel (Motorspindel) befindet. Angesichts der hohen Leistungsfähigkeit der Triebwerke, insbesondere beim Betrieb von Hauptspindeln, ist es notwendig, die Verlustleistung zielgerichtet abzuleiten, um Unregelmäßigkeiten in der Anlage durch die thermische Ausdehnung des Rahmens zu verhindern. Die numerischen Steuerelemente (NC) sind Spezialsteuerungen für Bearbeitungsmaschinen, die viel vielseitiger sind als die elektronischen Steuerelemente.

Deine wichtigste Aufgabe ist es, das Werkzeug entlang von Pfaden beliebiger Form zu bewegen. Bei NC-Steuerungen ist es möglich, zwei oder mehr Achssteuerungen parallel zu steuern und das Werkzeug z.B. auf einer kreisförmigen Bahn zu leiten. Maschinenwerkzeuge haben heute in der Regel ein Maschinengehäuse. Damit wird der Bediener vor Flugspänen, Kühlschmiermittel und Lärmbelästigung geschützt, die beweglichen Teile vor Verletzung geschützt und ein Bersten verhindert (z.B. bei Werkzeugbruch).

Bei größeren Maschinen und Einrichtungen sind diese durch Lichtsperren und Netze abgesichert. Zusätzlich zu den Merkmalen, die die wirtschaftliche Effizienz von Bearbeitungsmaschinen bestimmen, wie z. B. Leistungsfähigkeit, Fahrgeschwindigkeit, Werkzeugwechselzeit usw., gibt es auch Merkmale, die die Güte des zu produzierenden Produkts bestimmen. Der Geometriewert gibt die Herstellungsqualität der entlasteten Maschinen an, d.h. ohne Last durch Zerspanungskräfte.

42 Die erreichbare Geometriegenauigkeit resultiert im Wesentlichen aus der Herstellungsqualität der Bearbeitungsmaschine, dem Lagerspiel und der Konstruktion. Darüber hinaus sind die Position, die Gestalt und die Zahl der Gelenke und Führungselemente (feste und bewegte Anschlüsse von Maschinenelementen) ausschlaggebend für die erreichbare Festigkeit. Sie können über das Unterbau in die Anlage eingebracht werden, verursacht durch Ungleichgewichte (z.B. im Motor), Verzahnungsfehler, Lagerschäden oder abgenutzte Arbeitswerkzeuge.

Anschließend oszilliert die Anlage auch mit ihrer natürlichen Frequenz, jedoch mit zunehmender Festigkeit. Die Wärmeverhalten einer Bearbeitungsmaschine bezeichnet die Reaktionen auf Temperaturschwankungen, insbesondere die Veränderung der Position des Werkzeugs gegenüber dem zu bearbeitenden Teil. Interne Beeinflussungen werden z.B. durch Antriebsschwankungen an Getriebemotoren, Schrauben, Pumpen, Lagern, Gleitlagern und im Hydraulikaggregat oder durch Wärmeeinwirkung durch Umformen oder Schneiden im Werkzeug, Bauteil, Spänen und Kühlschmierstoff verursacht.

Aus Gründen der höheren Präzision und trotz Bemühungen, Wärmeschwankungen niedrig zu halten, ist es vorteilhaft, Maschinen thermophysikalisch zu gestalten. Die Wärmeausdehnung in der CNC-Steuerung kann teilweise ausgeglichen werden, indem man das Temperaturverhalten der Bearbeitungsmaschine kennt. Kunden und Anwender stellen unterschiedliche Ansprüche an die Maschinen. Das Gerät sollte die erforderliche Bearbeitungsgenauigkeit beibehalten, die sich aus der Geometriegenauigkeit und der ruhenden, statischen, dynamischen beibehalten wird.

Das Arbeitsergebnis wird im Kontext von QM-Systemen durch die Leistungsfähigkeit der Maschine dargestellt. Im Bereich Maschinenbau ist ein großer Teil des von den Firmen gebundenen Kapital. Die Auslastung der Maschinen durch die Produktion wird in der Betriebskostenrechnung anhand von Stundensätzen der Maschinen berechnet. Die Betriebsleitung befasst sich mit der Anschaffung, Wartung und dem Verkauf von Maschinen, die Belegungsplanung konzentriert sich auf den optimalen Betrieb.

Ein Werkzeugmaschinen- oder Robotertyp ist die Gestaltung und Durchführung der Bewegungsabläufe von Werkzeug und Teil. Je nach Maschinenausführung werden die Fahrtrichtungen in Fahrachsen unterteilt. Konsolfräsmaschine: Das Spindellager fährt auf dem Maschinengestell, wobei ein Drehkopf frontseitig als Aufnahme für das Fräswerkzeug in einer Führungsschiene vorwärts und rückwärts in der Y-Achse der Fräsmaschine montiert ist.

Die Aufspannungstische bewegen sich auf der Bedienkonsole in der Hauptachse X nach oben und unten. Der Spieltisch fährt am Maschinengestell auf und ab, wobei der Spanntisch auf ihm aufliegt und die Arbeitsachse Z ausbildet. Aufgrund der viel versprechenden Geometrieeigenschaften steht die Umsetzung dieses Kinematikprinzips in der Werkzeugmaschine seit mehr als 20 Jahren im Mittelpunkt der Forschungsprojekte für diese.

In der Fertigung, die bisher überwiegend von Maschinen mit Serienkinematik geprägt ist, gibt es jedoch bis heute keinen signifikanten Nachteil. Die ( "parallele") Stangenkinematik funktioniert im Gegensatz zur Serienkinematik, indem sie die Abstände von einem sich bewegenden Objekt (Werkzeug) in vordefinierte Festpunkte im Weltraum ändert. Allerdings werden in der Regel bei der Konstruktion der Maschine oft Anteile des realisierbaren Raums ausgeschlossen, so dass für eine mehrdeutige Positionsanzeige oft nur N-Abstände zu N-Punkten erforderlich sind.

Mit so genannten Sechsbeinen (Hexa Greek Zahlen: Sechs, pod Greek: Foot) funktionieren alle Vorschubeinheiten parallel zueinander, um die gewünschte Verfahrbewegung eines Werkzeuges im Weltraum und zugleich eine beliebige Steigung des Werkzeughalters oder des Werkzeuges zu erreichen. Conrad: Kartenbuch der Toolmaschinen, Fa ekbuchverlag Leipzig, 2002, ISBN 3-446-21859-9. Andreas Hirsch: Werkzeugmaschinen: Grundlagen, Interpretation, Austführungsbeispiele, 2. nachl.

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