Drehmaschine

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Drehmaschinen gehören zur Gruppe der Werkzeugmaschinen und werden zur Fertigung von runden und zylindrischen Werkstücken für die Weiterverarbeitung in der Industrie eingesetzt. Die aus Drehmaschinen stammenden Präzisionsteile werden u.a. in der Motorentechnik verwendet. Neben runden und zylindrischen Werkstücken können Drehmaschinen auch Kugel- und Kegelformen herstellen. In der Metallindustrie wird bevorzugt auf die von Hand bedienbare und alle Drehverfahren beherrschende Waagerechtdrehmaschine, auch Leit- und Zugspindeldrehmaschine genannt, zurückgegriffen.

Bei Drehmaschinen rotiert immer nur das Werkstück, während die Schneiden des bearbeitenden Drehmeißels unbeweglich bleiben und nur am Werkstück entlang geführt werden. So trägt der Drehmeißel den Span für die gewünschte Werkstückformung präzise ab. In der Holzbearbeitung ist die Drehmaschine als Drehbank ohne maschinellen Antrieb und als vollautomatisch arbeitender Drehautomat bekannt. Gemeinsam mit der Drechselbank teilt sich die Drehmaschine eine Werkzeugmaschinenfamilie.

Bei NC- und CNC-Drehmaschinen handelt es sich um moderne, computergesteuerte Werkzeugmaschinen.

Aufbau und Funktionsweise einer Drehmaschine

Auch wenn Drehmaschinen im Laufe der Zeit an spezielle Anwendungen angepasst worden sind und daher viele verschiedene Varianten angeboten werden, ähneln sich alle Maschinen in ihrem Aufbau.

Maschinengestell und Maschinenbett

Die Basis bilden Gestell und Maschinenbett, an denen der Spindelstock mit der Arbeitsspindel, der Antrieb sowie der Werkzeugschlitten angebracht sind. Das Gestell besteht aus Stahl oder Gusseisen, um dem Gewicht und den Kräfteeinwirkungen sowie Schwingungen standhalten zu können.

Das waagerecht auf dem Gestell fixierte Drehmaschinenbett ist ein schwingungsgedämpfter Träger für den Werkzeugschlitten, die Lünette und den Reitstock. Auf der linken Seite der Drehmaschine befindet sich der Spindelstock mit Wälzlagern für die Führung der Arbeitsspindel.

Arbeitsspindelgetriebe oder Hauptgetriebe

Durch das Arbeitsspindelgetriebe wird die Drehzahl der Spindel geregelt. Diese ist im auch Spindelstock genannten Spindelkasten gelagert. Die Drehbewegung des Antriebs wird über die Spindel und das Spannwerkzeug auf das Werkstück übertragen. Optional gibt es Drehmaschinen mit einem Wendegetriebe, um die Spindeldrehung umkehren zu können.

Vorschub und Werkzeugschlitten

Unter dem Begriff Vorschub wird bei Drehmaschinen der Weg in Millimetern verstanden, den der Drehmeißel während einer Umdrehung des Werkstückes zurücklegt. Je nach Maschine erfolgt der Vorschub per Handkurbel oder selbsttätig mittels Zug- oder Leitspindel, die von der Arbeitsspindel über Wechselräder und Vorschubgetriebe angetrieben wird.

Der auf dem Maschinenbett beweglich angebrachte Werkzeugschlitten dient zur Aufnahme und zur Bewegung des Werkzeuges. Er besteht aus einem Schlosskasten, einem Bettschlitten, einem Quer- oder Planschlitten sowie einem Oberschlitten mit einer Spannvorrichtung für Drehwerkzeuge. Je nach Variante kann sich der Werkzeugschlitten im Längszug oder Langzug, Planzug oder Querzug, Gewindezug oder Handzug bewegen.

Lünette und Reitstock

Der Reitstock erlaubt dank einer Zentrierspitze das Abstützen von langen Drehteilen. Mit der Lünette können hingegen an jeder beliebigen Stelle lange und dünne Drehteile abgestützt werden. Durch die Lünette wird das Schwingen oder Durchbiegen des Werkstücks verhindert.

Die Drehmaschine - damals und heute

Dem Erfinder, Techniker und Baumeister Daidalos wurde nach der griechischen Mythologie die Erfindung der Drehbank mit Schnürzug zugeschrieben. Wann aber die erste Drehbank erfunden wurde, lässt sich nicht abschließend bestimmen. Geschätzt wird das Zeitalter auf das frühe 7. Jahrhundert v. Chr., da aus dieser Ära die in einem Grab im italienischen Tarquinia gefundenen Drechselarbeiten stammen und als erste ihrer Art gelten.

Aus dem 13. Jahrhundert stammt hingegen die Wippen-Drehbank, bei der eine Schnur zwischen Trittbrett und dem an der Decke fixierten Stock gespannt wurde. Der Dreher konnte diese Maschine also mit dem Fuß antreiben und hatte so beide Hände für das Werkzeug frei. Diese Drehbank mit Bodenantrieb wurde bis zum 15. Jahrhundert genutzt und dann von einer Maschine mit Handkurbel abgelöst.

Ende des 15. Jahrhundert war es dann Leonardo da Vinci, der eine Drehbank mit Werkzeughalter entwickelte, die das Trittbrett durch eine Schwungscheibe antrieb und dadurch kontinuierliche Drehungen erlaubte. Erst im Jahr 1571 entwickelte dann Jacques Besson die erste Drehbank mit einem selbsttätigen mechanischen und von der Leitspindel angetriebenen Vorschub. Ab 1750 wurden Drehmaschinen mit Leitspindel, Wechselrädern und Kreuzsupport verwendet, die den heutigen Maschinen ähneln und für kleinere Werkstücke genutzt wurden.

Für Arbeiten im größeren Stil eignete sich die erste Supportdrehbank, die Sylvanin Brown im Jahr 1791 entwickelte. Das Konzept der Supportdrehbank ließ sich hingegen David Wilkinson im Jahr 1798 patentieren. Im Jahr 1810 brachte die Firma Koenig & Bauer aus Würzburg, die heute als älteste Maschinenfabrik der Welt gilt, die erste Leitspindeldrehmaschine nach Deutschland.

Die Geschichte der Drehmaschine nahm 1839 mit der ersten Karusselldrehbank von Johann Georg Bodmer und der Erweiterung zur Mehrstahl- und Mehrschlittendrehbank von Sir Joseph Whitworth aus 1840 sowie der Revolverdrehmaschine von Stephen Fitch ihren Verlauf. Die erste automatisierte Drehbank ließ sich hingegen Christopher M. Spencer im Jahr 1873 patentieren und mit der 1880 entwickelten Leit- und Zugspindeldrehbank konnten nun endlich fast alle denkbaren Dreharbeiten durchgeführt werden. Im Laufe der nächsten Zeit wurden die Maschinen um Kopierdrehbänke sowie Drehautomaten erweitert, während die Technik in Bezug auf Geschwindigkeit und Präzision immer wieder verbessert worden ist.

Erst Anfang der 50er Jahre wurden die ersten numerisch oder über Lochstreifen gesteuerten NC-Drehmaschinen entwickelt. Seit den 70er Jahren werden Drehmaschinen mit Steuerungscomputern ausgestattet, die als Vorläufer der modernen CNC-Drehmaschinen gelten. Diese CNC- (Computerized Numerical Control-) Maschinen nutzen zur Steuerung eine Software, die seit Anfang der 80er Jahre bis heute im Großteil der Drehmaschinen enthalten ist.

Aktuell in Industrie und Handwerk genutzte Drehmaschinenarten

Die Unterteilung von Drehmaschinen erfolgt nach Anforderungsprofil, Bauweise oder Maschinenstruktur. Zu den geläufigen Drehmaschinen gehören:

Leit- und Zugspindeldrehmaschine

Mehr als 50 % aller verkauften Drehmaschinen sind handbediente Leit- und Zugspindeldrehmaschinen, auf der sich fast alle Drehverfahren und Erweiterungen anwenden lassen. Es handelt sich dabei um eine Waagerechtdrehmaschine mit rechtsseitigem Reitstock und linksseitiger Spindel. Der Vorschub kann manuell oder maschinell über Zug- und Leitspindel ausgeführt werden.

Universaldrehmaschine

Bei der Universaldrehmaschine handelt es sich nicht um eine eigenständige Maschinenart. Die Bezeichnung weist auf den Anwendungsbereich der Universaldrehmaschinen hin, die entweder mechanisch automatisiert oder numerisch gesteuert werden. Sind auf dem Werkzeugschlitten gleich mehrere Werkzeuge im Werkzeugrevolver angebracht, wird die Maschine als Revolvermaschine bezeichnet.

Zu den Universaldrehmaschinen gehört auch die CNC-Drehmaschine, die über eine zusätzliche Hilfsachse und mit separaten Motoren ausgestattete Vorschubachsen verfügt sowie die Karusselldrehmaschine für besonders große Werkstücke. Bei der Karusselldrehmaschine wird eine liegende und horizontal drehende Planscheibe als Arbeitsspindel genutzt. Je nach Bauform werden Türme oder Querbalken als Schlittenführung genutzt und bis zu drei Drehmeißel eingesetzt. Vertikaldrehmaschine Für kleinere Werkstücke werden häufig Vertikaldrehmaschinen mit beweglichen und senkrechten Arbeitsspindeln genutzt, die Spannfutter aufnehmen. Der Vorschub wird durch die an einer waagerechten Führung hängenden Spindel ausgeführt. Die auch Pick-up-Spindel genannte Arbeitsspindel mit gesteuertem Futter übernimmt die Versorgung mit Werkstücken. Für die Rundumbearbeitung werden Zweispindel-Vertikaldrehmaschinen genutzt, die über versetzt ausgerichtete Arbeitsspindeln verfügen. Die Gegenspindeln fahren das Werkstück nacheinander ab.

Drehautomat

Für die Fertigung einfacher Teile wie Muttern oder Schrauben in großen Stückzahlen werden Drehautomaten in Ein- oder Mehrspindelausführung genutzt. Drehautomaten haben einen Schlitten, der mit mehreren Werkzeugen ausgestattet ist und durch einen mechanischen Ablaufantrieb oder numerisch gesteuert wird. Die Werkzeugversorgung erfolgt bei Drehautomaten immer automatisch.

Plandrehmaschine

Die auch als Flachbettdrehmaschine bekannte Plandrehmaschine ist mit einem horizontal ausgerichteten Bett und einer horizontalen Hauptspindel ausgestattet. Durch ihre steife Konstruktion lassen sich schwere Werkstücke tragen und hohe Bearbeitungskräfte einwirken. Der Antrieb der Plandrehmaschine erfolgt automatisch.

Frontdrehmaschine

Frontdrehmaschinen sind kompakt und eignen sich für kurze Werkstücke, die nicht durch den Reitstock abgestützt werden müssen. Das Bett der Frontdrehmaschine liegt oder steht quer zur Achse der Hauptspindel. Zur Futterbearbeitung werden Frontdrehmaschinen mit mehreren Spindeln und automatischem Werkstückwechsel genutzt.

Einsatzgebiete von Drehmaschinen

Mit dem entsprechenden Zubehör ist es mit Drehmaschinen und Drehbänken möglich, Rundstähle und Wellen auf ein exaktes Maß abzudrehen, was insbesondere bei der Herstellung von Achsen von Vorteil ist. Weiter ist es möglich, Werkstücke von innen abzudrehen, was beispielsweise beim Plandrehen von Bremstrommeln erforderlich ist.

Auch Arbeiten wie exakt zentrierte Bohrungen, das Schneiden von Gewinden, das Wickeln von Federn sowie das Fräsen von Nuten und Wellen lassen sich mit einer Drehmaschine durchführen.

Drehmaschinen - Hersteller und Marken

Zu den bekannten Herstellern und Marken auf dem Gebiet der Drehmaschinen gehören

INDEX Werke EMAG Okuma DMG MORI DATRON EMCO CMZ Knuth Weyrauch Laguna Tools Arnold Gruppe Vanguard

Aktuelle Forschungen

Das Karlsruher Institut für Technologie widmet sich bei seiner Forschungsarbeit intensiv dem Bereich des Zerspanens. Um auch die Leistungsfähigkeit von Drehmaschinen zu optimieren, wird nach intelligenten Fertigungslösungen und innovativen Ansätzen geforscht. Ein Hauptaugenmerk liegt dabei auf der Möglichkeit der Verfahrenskombination sowie den die DIN 8580 übersteigenden Hochleistungsfertigungsverfahren.

Aber auch das der TU Technische Universität Dortmund angeschlossene ISF Institut für Spanende Fertigung widmet sich aktuell zahlreicher Projekte, die auch im Zusammenhang mit Drehmaschinen stehen. So werden Entwicklungen für die Zerspanungssimulation vorangetrieben und Kombinationswerkzeuge konzipiert. Die Bearbeitung komplexer Innenkonturen, Hochgeschwindigkeitsspananalysen sowie die Mikrozerspanung von rostfreien Edelstählen gehören ebenfalls zu den Themenbereichen, mit denen sich das ISF auseinandersetzt.

Literatur zu Drehmaschinen

Wichtige literarische Werke, die sich auch mit Drehmaschinen beschäftigen, sind in der Regel bei der Literatur über Werkzeuge und insbesondere Werkzeugmaschinen angesiedelt.

Zu nennen wären beispielsweise: Werkzeuge und Werkzeugmaschinen von Bruins/Dräger Werkzeugmaschinen der spanlosen und spanenden Formgebung von Heinz Tschätsch Werkzeugmaschinen: Grundlagen, Auslegung, Ausführungsbeispiele von Andreas Hirsch Dynamisches Verhalten spanender Werkzeugmaschinen von Weck/Teipel Fertigungsverfahren 1 - Drehen, Fräsen, Bohren von Klocke/König

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