Werkzeugmaschinen-Fertigungssysteme 2

Die Arbeitsgenauigkeit, die Leistungsfähigkeit und das Umweltverhalten einer Produktionseinrichtung beeinflussen wesentlich die Qualität der herzustellenden Produkte sowie die Einsatzbreite der Maschine für eine wirtschaftliche Fertigung.

Gestelle und Gestellbauteile sind die tragenden und stützenden Grundkörper der Werkzeugmaschinen. Sie tragen und führen die einzelnen Bau- und Funktionselemente und sind in ihrer Größe und Gestalt durch die geforderten Prozeßaufgaben der Maschine festgelegt. Ihre Form wird vor allem durch die Lage und Länge der Bewegungsachsen und der damit zusammenhängenden räumlichen Anordnung der Baugruppen und Bauteile wie z.B. Arbeitsspindeln, Schlitten, Supporte, Getriebe, Motoren, Steuerorgane, durch die Höhe der Prozeßkräfte sowie durch die notwendige Zugänglichkeit bei Montage und Wartung bestimmt. Bei der Auslegung von Gestellbauteilen ist auch die geforderte Bearbeitungsgenauigkeit zu berücksichtigen, d.h. die Eigengewichte der verfahrbaren Schlitten, die Werkstückgewichte und die Prozeßkräfte dürfen nur äußerst geringe Verformungen der Maschine hervorrufen.

Die Aufstellung einer Werkzeugmaschine ist eine wesentliche Konstruktionsaufgabe, der sowohl für die Funktionsfähigkeit (Genauigkeit, Bearbeitungsgüte) einer Maschine, als auch für das Umweltverhalten (Erschütterungen) erhebliche Bedeutung zukommt. Zur Aufstellung einer Werkzeugmaschine gehören in der Regel die Aufstellelemente und das Fundament. Gemeinsam mit der Maschine und dem Baugrund bilden diese Komponenten ein Gesamtsystem, dessen statische und dynamische Eigenschaften an die jeweiligen Erfordernisse angepaßt werden müssen. Diese werden im wesentlichen von konstruktiven Merkmalen der aufzustellenden Maschine und ihrer Arbeitsweise beeinflußt.

Im Zusammenhang mit den Bestrebungen der letzten Jahre, die gewerblichen Arbeitsplätze zu humanisieren, ist die Geräuschemission der Arbeitsmaschinen zu einem wichtigen Maschinenqualitätsmerkmal geworden [4–1 bis 4–3] (s. Bd. 4). Der Maschinenkonstrukteur sollte daher die grundlegenden Gesetzmäßigkeiten der Geräuschentstehung und Geräuschminderung beherrschen, um diese bei der Maschinengestaltung und der Maschinenanwendung zu berücksichtigen.

Zu den wichtigsten Bauelementen im Kraftfluß einer Werkzeugmaschine zählen die Führungen zur Bewegung der Supporte und Arbeitstische sowie die Lagerungen der Hauptspindeln.

Die Abschnitte über Hauptantriebselemente beginnen mit den Motoren, wobei entsprechend der Gliederung im Bild 6–1 die zwei Hauptgruppen „Elektrische Hauptantriebe” und „Hydraulische Hauptantriebe” unterschieden werden. Beide Arten kommen im Werkzeugmaschinenbau zur Erzeugung der Hauptarbeitsbewegungen zum Einsatz. Dies sind die Hauptspindelbewegung bei Dreh-, Fräs-, Bohr-, Schleif- oder Sägemaschinen, die Tischbewegungen bei Hobelmaschinen und die Bewegungen des Stößels bei Pressen und Stoßmaschinen. Die Entscheidung für einen elektrischen oder hydraulischen Motor wird durch die spezielle Antriebsaufgabe bestimmt, wobei für den hydraulischen Antrieb das geringere Leistungsgewicht sowie das höhere Beschleunigungsvermögen aufgrund geringerer Massenträgheit sprechen. Den elektrischen Antrieb zeichnen die höhere Lebensdauer, ein größerer Wirkungsgrad und geringere Wärmeentwicklung aus.

Design für Werkzeugmaschinen ist mehr als reine Oberflächenkosmetik. Seine Zielsetzung ist die umfassende Verbesserung der Qualität des Produktes und erstreckt sich nicht nur auf das Funktionieren im Sinne der technischen Qualität, sondern auch auf die Gebrauchseigenschaften [7–1]. Beispielhaft stehen hierfür ergonomischer Komfort, Lärmschutz und Arbeitssicherheit, die gleichzeitig wichtige Verkaufsargumente darstellen. Darüber hinaus ist Industriedesign als wirkungsvolle Unterstützung der Werbung anzusehen, indem das charakteristische Äußere der Maschine unverwechselbar ihre Herkunft, Fortschrittlichkeit und hohen technischen Anspruch signalisiert.

Die geforderten hohen Schnittgeschwindigkeiten und die wachsende Leistungsfähigkeit numerisch gesteuerter Werkzeugmaschinen führen zu großen Zerspanvolumina je Zeiteinheit. Zerspanprozesse müssen deshalb auch unter dem Gesichtspunkt einer für die automatische Späneentsorgung geeigneten Spanbildung ausgelegt werden. Je nach dem zeitlichen Späneaufkommen, der Schüttdichte der Späne, der Spanform und der zusätzlich anfallenden Menge an Kühlschmierstoff werden unterschiedliche Förderer eingesetzt.

Die Leistungsfähigkeit moderner, automatisierter Werkzeugmaschinen und komplexer Fertigungsanlagen wird heute entscheidend durch elektrische, elektronische und Software-Komponenten bestimmt. Wie in Bild 9–1 gezeigt, realisieren diese Komponenten die Energieversorgung sowie die zur Automatisierung der Anlagen notwendigen Steuerungsfunktionen und bilden wichtige Sicherheitsfunktionen zum Schutz des Personals und der Anlage. Die Auswahl, Auslegung und Verknüpfung dieser Komponenten im Rahmen der Elektrokonstruktion ist damit ein wichtiges, funktions- und qualitätsbestimmendes Element bei der Konstruktion von Werkzeugmaschinen bzw. der Projektierung komplexer Fertigungsanlagen.