Drehen

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Das Drehen gehört zu den spanabhebenden Fertigungsverfahren in der Metall- und Kunststoffverarbeitung. Während des Fertigungsprozesses werden von einem Werkstück Späne abgetrennt, um eine gewünschte Form zu erzielen. Im Gegensatz zum Fertigungsverfahren des Fräsens rotiert das Werkstück, während das Werkzeug – auch Drehmeißel genannt – die Kontur abfährt und dadurch die eigentliche Form erzeugt. Beim Drehvorgang wird der Span durch den Keil des Drehmeißels abgetrennt. Dieser Keil an der Spitze des Drehmeißels ist durch definierte Winkel und Radien vordefiniert, daher zählt der Drehvorgang, genau wie Bohren und Fräsen, zu den Fertigungsverfahren mit geometrisch vorbestimmter Schneide. Für die Fertigung wird das Werkstück durch eine Drehmaschine in Rotation versetzt und erzeugt dadurch die Schnittbewegung. Das einschneidige Werkzeug hingegen ist für die Vorschubbewegung verantwortlich.

Kennzeichnend für dieses Fertigungsverfahren ist die um die eigene Achse rotierende Bewegung des Werkstückes. Während es in der Vergangenheit fast ausschließlich für die Fertigung von runden Teilen, beispielsweise Schrauben oder Spindeln, eingesetzt wurde, wird es heutzutage für die Fertigung von Flanschen, Achsen, Wellen und sonstigen rotationssymmetrischen Werkstücken aus Metall verwendet. Mit dem Einsatz computergesteuerter Drehmaschinen ab den 1970er Jahren wurde auch die Herstellung komplexerer Formen wie Kegel oder Kugeln möglich.

Das Drehverfahren unterscheidet sich von anderen Fertigungsverfahren mit geometrisch vorbestimmter Schneide vor allem durch das stehende Werkzeug. Beim Fräsen und Bohren – dies sind bei beiden anderen wichtigsten Fertigungsverfahren in der Metallverarbeitung – steht das Werkstück still und die Werkzeuge rotieren, um einen Spanabtrag zu ermöglichen.

Drehverfahren im Überblick

Die Drehverfahren werden in der ersten Gliederungsebene nach DIN 8589 nach der zu erzeugenden Form eingeteilt. Gemäß dieser Norm gibt es beim Drehverfahren sechs Ausprägungen:

  • Plandrehen: Bei diesem Verfahren werden ebene (plane) Flächen erzeugt, beispielsweise die Stirnflächen von Werkstücken. Diese Flächen liegen senkrecht zur Drehachse.
  • Runddrehen: Hier werden kreisrunde Formen erzeugt, die an der Außenfläche (Mantelfläche)der Werkstücke liegen.
  • Schraubdrehen: Bei der Fertigung von Schrauben oder Wellen kommt das Schraubdrehen zum Einsatz, was die Herstellung von Gewinden ermöglicht.
  • Wälzdrehen: Dieses Verfahren wird benötigt, um Verzahnungen herzustellen.
  • Profildrehen: An Maschinen ohne CNC Steuerung können Profilwerkzeuge eingesetzt werden, die über eine Form (als negativ) jede beliebige Form des Werkstücks herstellen können.
  • Formdrehen: Bei Maschinen mit Steuerung können beim Formdrehen beliebige Werkstückformen hergestellt werden.

Neben der Einteilung nach DIN 8589 lässt sich der Drehprozess auch noch unterteilen nach:

  • Außendrehen und Innendrehen: Beim Außendrehen werden die Außenseiten des Werkstückes, beim Innendrehen die Innenflächen von Hohlkörpern bearbeitet.
  • Schruppen und Schlichten: Das Schruppen bezeichnet die grobe Vorbearbeitung von Werkstücken, Schlichten meint die Fein- und Fertigbearbeitung.
  • Kegeldrehen: Dieses Verfahren wird zur Fertigung konusförmiger Formen eingesetzt.
  • Hartdrehen: Werkstücke, die gehärtet sind, werden mit diesem Prozess bearbeitet.
  • Hochgeschwindigkeitsdrehen: Hohe Drehzahlen, geringe Zustellung und hohe Vorschübe kennzeichnen den speziellen Fertigungsvorgang.

Wo kommt das Fertigungsverfahren "Drehen" zum Einsatz?

Das Drehverfahren gehört mit zu den ältesten Fertigungsverfahren der Menschheit. Bereits im 1. Jahrtausend vor Chr. hat sich die Technik aus dem Bohren entwickelt. Spätestens seit Beginn der industriellen Revolution im 19. Jahrhundert ist der Prozess aus der industriellen Fertigung nicht mehr wegzudenken. Ohne Drehmaschinen wäre die Herstellung der benötigten Teile für Dampf- und Textilmaschinen nicht möglich gewesen. Zu diesen Teilen, die weitestgehend auch heute noch für den Betrieb von Maschinen und Anlangen unabdinglich sind, gehören Schrauben, Wellen, Gewindespindel, Radnaben und sonstige rotationssymmetrische Kleinteile. Aktuell fertigen Drehmaschinen vor allem für die Autoindustrie, den Maschinenbau oder der optischen Industrie.

Abhängig vom Anwendungszweck wird in der Fertigung zwischen konventionellen und CNC-gesteuerten Drehmaschinen unterschieden. Die konventionelle Drehmaschine wird vom Bediener ohne die Unterstützung von Rechnersystemen geführt. Für die Zustellung der einzelnen Achsen werden Handräder eingesetzt. Diese Maschinen arbeiten hauptsächlich in der Einzelteilfertigung oder in Reparaturbetrieben. Für größere Stückzahlen und komplizierte Formen werden heutzutage fast immer CNC-gesteuerte Drehmaschinen eingesetzt. Diese werden mittels spezieller Programme so eingestellt, dass sie das Verfahren der Achsen, die Schnittgeschwindigkeit und die Konturen automatisch durchführen.

Im Jahre 2017 belief sich der Anteil der Drehmaschinen im Bereich spanender Werkzeugmaschinen auf rund ein Drittel. Die Drehmaschine ist die wohl variantenreichste Werkzeugmaschine und wird auch als „Königin der Maschinen“ bezeichnet – denn die Drehmaschine ist die einzige Maschine überhaupt, auf der sich theoretisch die gesamte Maschine fertigen lassen ließe. In der Industrie kommen hauptsächlich „klassische“ Drehmaschinen und Bearbeitungszentren (auf denen neben Drehoperationen auch gefräst und geschliffen werden kann) zum Einsatz. Daneben existieren in spezialisierten Betrieben auch Sonderformen der Drehmaschinen, beispielsweise Walzendrehmaschinen für die Herstellung von Walzen oder Radsatzdrehmaschinen, die für die Be- und Überarbeitung von Rädern und Achsen von Schienenfahrzeugen eingesetzt werden. Besonders große und schwere Werkstücke werden auf Karusselldrehmaschinen gefertigt. Hier erfolgt der Eingriff des Drehwerkzeugs und das Aufspannen des Werkstücks in der Vertikalen.

Welche Maschinenhersteller haben Drehmaschinen im Programm?

Bei der Anschaffung einer Drehmaschine sind zwei Kenngrößen maßgeblich relevant. Zum einen kennzeichnet die Spitzenweite die Länge der Maschine und damit die maximal zu bearbeitende Drehlänge von Werkstücken, zum anderen ist die Spitzenhöhe der Maschine die Maßangabe, die den maximal zu bearbeitenden Durchmesser der Teile angibt. Die kleinsten verfügbaren Drehmaschinen für den Hobbygebrauch passen bequem in jeden Hobbykeller, die größten Maschinen warten mit mehr als 20 Metern Drehlänge und einer Spitzenhöhe von mehreren Metern auf. Unterschieden wird bei der Anschaffung einer Drehmaschine auch zwischen konventionellen und CNC-gesteuerten Drehmaschinen.

Anbieter von Drehmaschinen

  • Weiler Werkzeugmaschinen: Das deutsche Unternehmen Weiler aus Emskirchen ist seit Jahrzehnten bekannt für robuste Drehmaschinen, die durch höchste Präzision überzeugen. Weiler hat sowohl konventionelle Drehmaschinen ab einer Spitzenweite von 500 mm bei einem Umlauf über Bett von 280 mm als auch größere zyklengesteuerte oder CNC-Drehmaschinen bis zu einem Umlauf von 1750 mm und einer Drehlänge von bis zu 15.000 mm im Programm.
  • Niles Simmons: In Chemnitz baut das Unternehmen Schrägbett-Drehmaschinen bis 1250 mm Drehdurchmesser bei einer Spitzenlänge von bis zu 7500 mm Drehlänge. Schrägbett-Drehmaschinen zeichnen sich vor allem durch ihren einfach zugänglichen Arbeitsraum aus.
  • Index-Werke: Der Hersteller aus Esslingen bietet unter dem Label Index Produktionsdrehautomaten, Universaldrehmaschinen, Mehrspindelautomaten und Dreh-Fräszentren. Unter der Marke Traub sind Langdrehautomaten, Universaldrehmaschinen und Dreh-Fräszentren im Programm.
  • Goratu Geminis: Das nordspanische Baskenland ist bekannt für seine traditionsreiche Werkzeugmaschinen-Industrie. Wenn es um die Bearbeitung von großen und schweren Werkstücken geht, kann dieser Hersteller sein Potential voll ausschöpfen. Drehdurchmesser bis zu zwei Meter über Bett bei Drehlängen bis 20 Metern sind für die Spanier kein Problem.

Neben diesen Anbietern gibt es selbstverständlich noch viele andere.

Aktuelles zum Thema "Drehen"

Wie in der gesamten Industrie ist auch im Bereich der Drehmaschinen das Thema Industrie 4.0 hochakut. Hierbei werden Maschinen und Anlagen in die digitale Struktur des Unternehmens eingebunden und miteinander vernetzt. Bei Drehmaschinen bedeutet das zukünftig einen weitgehend mannlosen Betrieb, das einfache Auslesen von Maschinendaten über Computer, Smartphone und Tablet sowie eine wesentlich vereinfachte, da vorausschauende Instandhaltung. Ein weiterer Trend lässt sich beim Thema Komplettbearbeitung erkennen. Wo früher ein Werkstück auf mehreren Maschinen bearbeitet werden musste, verfügen aktuelle Drehzentren über Zusatzaggregate, beispielsweise Fräs- und Schleifeinrichtungen, die die vollständige Bearbeitung von Werkstücken auf nur einer Maschine ermöglichen. Dies spart zum einen teure Rüst- und Stillstandzeiten, zum anderen kann der bestehende Platz in der Halle wesentlich besser ausgenutzt werden.

Literatur

  • Uwe Heisel, Fritz Klocke, Eckart Uhlmann, Günter Spur: Handbuch Spanen. 2. Auflage, Hanser, München 2014. ISBN 978-3-446-42826-3.
  • Wilfried König, Fritz Klocke: Fertigungsverfahren 1: Drehen, Fräsen, Bohren. 8. Auflage. Springer, Berlin 2008, ISBN 978-3-540-23458-6.
  • Berend Denkena, Hans Kurt Tönshoff: Spanen – Grundlagen. 3. Auflage, Springer, Berlin 2011. ISBN 978-3-642-19771-0.
  • Heinz Tschätsch: Praxis der Zerspantechnik. Verfahren, Werkzeuge, Berechnung. 11. Auflage, Springer Vieweg, Wiesbaden 2014. ISBN 978-3-658-04922-5.
  • Eberhard Pauksch: Zerspantechnik. 12. Auflage, Springer Vieweg, Wiesbaden 2008. ISBN 978-3-8348-0279-8.
  • Herbert Schönherr: Spanende Fertigung. Oldenbourg, Berlin 2002. ISBN 978-3-486-25045-9.

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