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Die Universaldrehmaschine - Referat



Universaldrehmaschine
Geschichte:
Heutzutage lässt es sich nicht mehr genau sagen, wann die Drehmaschine entstanden ist. Die ersten Funde, die aufgrund ihrer Form auf Dreharbeiten schließen lassen, stammen aus ca. 2000 vor Chr. aus dem griechischen Raum, sind aber zu verwittert um ganz sicher als Dreharbeiten durchzugehen.
Die ersten eindeutig identifizierten Funde stammen aus 700 v. Chr. aus Italien.
Eine erste Darstellung in der das Prinzip der Drehbank beschrieben wird, wurde einem ägyptischen Grab ca. 300 v. Chr. gefunden.
Der griechischen Mythologie zufolge erfand Daidalos die Drehbank mit Schnürzug.

Aus dem 8. Jahrhundert n. Chr. stammt eine Zeichnung, bei der das Drehteil mit einem Fiedelbogenantrieb (in einem Bogen gespannte Schnur durch Hin-& Herbewegung) gedreht wird.

Im 13. Jahrhundert wurde diese Art von Antrieb durch eine Schnur mit einem Ende an einem Trittbrett und dem anderen an einer Feder (meist war diese Feder ein Stock der an der Decke befestigt war. Mit dieser Konstruktion war es dem Dreher möglich die Maschine mit dem Fuß anzutreiben und es wurde ihm ermöglicht beide Hände für das Führen des Werkstücks zu nutzen. Diese neue Art von Drehmaschine nennt man Wipp- oder Wippendrehbank.

Anfang des 15. Jahrhunderts wurde vor allem eine Handkurbel als Antrieb genutzt.
Die erste Drehbank mit einer kontinuierlichen Drehbewegung wurde vom bekannten Leonardo da Vinci ins Leben gerufen, der auf die Idee kam eine Schwungscheibe über ein Trittbrett anzutreiben. Dieses Prinzip konnte sich jedoch nicht durchsetzen.

Aus dem Jahre 1480 stammt die erste Zeichnung, die eine Drehbank mit hölzernem Werkzeugschlitten zur Zustellung des Drehmeißels und einem in Längsrichtung verfahrbaren Drehteil beschreibt. Auch Leonardo da Vinci verwendete 1490 bereits einen Werkzeughalter.

Im Jahre 1571 wurde von Jacques Besson die erste Drehbank mit selbsttätigem mechanischen Vorschub über die Leitspindel. Den Werkzeugschlitten zogen zwei Gewichte über Umlenkrollen nach oben und pressten damit das Werkzeug an das Werkstück.

Nach 1650 waren die Drehbänke schon zu einem großen Teil aus Metall und verfügten ab 1750 schon über alle wesentlichen Merkmale einer modernen Drehmaschine, wie Leitspindel, Wechselräder und einen Kreuzsupport.

Diese frühen Leistungen waren nur auf Grund ihrer geringen Größe möglich. Die erste für den Maschinenbau geeignete Drehbank stammt wahrscheinlich vom Amerikaner Sylvanin Brown aus dem Jahre 1791. Sieben Jahre später patentierte David Wilkinson, ebenfalls ein Amerikaner, eine Drehbank.

Die erste Person der es gelang eine Leitspindeldrehbank komplett aus Metall zu fertigen war Henry Maudslay. Sie verfügte über einen Kreuzsupport sowie einen von der Umdrehung abhängigen Vorschub.

Joseph Whitworth erweiterte 1840 die bekannte Drehbank um weitere verfügbare Werkzeuge und Schlitten. Die sogenannte Mehrschlittendrehbank war geboren.

Anfang der 1950er Jahre entwickelte man in den USA die ersten NC-Drehmaschinen, deren Werkzeugbewegungen und Drehzahlen von einer Steuerung überwacht werden.

Aufbau der Drehmaschine:
Wie man im bisherigen Referat mitbekommen hat, wurde die Drehmaschine im Laufe der Geschichte je nach Anwendung verändert bzw. verbessert. Bei kleinen Durchmessern des Werkstückes ist die Arbeitsspindel meist horizontal angeordnet, bei großen Durchmessern eher vertikal.

Gestell:
Das Gestell ist entweder eine geschweißte Stahlkonstruktion oder aus Gusseisen gefertigt, selten auch als Verbundbauweise mit Beton und Kunststoff. Die Aufgaben eines Gestells liegen ganz einfach darin, das Gewicht aller Maschinenteile wie Tisch, den Hauptantriebsmotor und das Getriebe zu tragen und die Kräfte aus dem Bearbeitungsprozess abzufangen. Deshalb muss das Gestell stark und verwindungssteif konstruiert werden, muss aber zusätzlich eine gute Dämpfung besitzen, um Schwingungen innerhalb der Maschine abbauen zu können.

Maschinenbett:
Das waagrechte Maschinenbett liegt an beiden Enden auf dem Gestell auf und trägt Werkzeugschlitten, Reitstock und Lünette. Da sich bei Drehmaschinen die Schneide ständig im Eingriff befindet, werden Maschinenteile zum Schwingen angeregt. Deshalb muss auch das Maschinenbett schwingungsdämpfen ausgeführt werden, da ansonsten eine Spanungsdickenmodulation entsteht.
Durch diese wird die Oberflächengüte und die Maßhaltigkeit vermindert und es kommt zu einem höheren Werkzeugverschleiß.
Bei kleinen Maschinen bestehen Bett und Gestell grundsätzlich aus einem Teil und alle Teile teilen sich zwei Führungen, bei größeren Maschinen jedoch verfährt der Werkzeugschlitten auf zwei gesonderten Schlitten. Zur besseren Spanabfuhr wird das Bett auch oft geneigt oder liegt über der Hauptspindel.

Spindelstock:

Bei fast jeder Maschine liegt der Spindelstock auf der linken Seite. In Präzisionslagern wird die Arbeitsspindel geführt, welche oft als Hohlwelle ausgeführt wird. Die Hohlwelle hat den Vorteil, dass eine Versorgung des Futters mit Stangenmaterial ermöglicht wird und eine geringe Beeinflussung der Formstabilität vorliegt. Über Riementrieb und Getriebe ist die Arbeitsspindel mit dem Motor gekoppelt. Maschinen mit stufenlos regelbarem Motor besitzen meist nur ein 2 bis 4 stufiges Getriebe. Dadurch kann eine konstante Schnittgeschwindigkeit bei variablen Drehdurchmessern gewährleistet werden. Bei älteren Modellen handbedienter Maschinen hat das Getriebe 24 bis 52 Stufen, die mit zwei oder drei Hebeln umgeschaltet werden.

Vorschub:
Handbediente Universaldrehmaschinen verfügen noch über ein Vorschubgetriebe. Das Vorschubgetriebe macht nichts anderes, als Kraft von der Arbeitsspindel abzuleiten über
Wechselräder an Leit- und Zugspindel überträgt. NC-Maschinen verfügen über einen eigenen Antrieb pro Bearbeitungsachse. Spielfreie Kugelgewindetriebe übertragen die Bewegung auf die Schlitten, wobei Vorschubgeschwindigkeiten bis 60 m/min und Beschleunigungen bis 8 m/s² möglich sind.
Der Verfahrweg wird entweder an Skalenringen der Handräder abgelesen oder elektronisch mit Wegmesssystemen erfasst und angezeigt.

Werkzeugschlitten:
Auf dem Maschinenbett verfährt in Längsrichtung der Werkzeugschlitten auf dem der Planschlitten radial zur Drehachse fährt. Der Werkzeugschlitten wird meist als Kreuzsupport ausgeführt. Der Werkzeugträger befindet sich oben auf dem Oberschlitten. Dieser Werkzeugträger trägt einen Werkzeughalter, der meist als Schnellwechselhalter ausgeführt ist. Bei der Auswahl eines der verschiedenen Führungssysteme gilt, die Auswahl wieder einem System mit guten Dämpfungseigenschaften, um Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität zu erhöhen und dem Stick-Slick-Effekt entgegenzuwirken.

Reitstock und Lünette:
Mittels Zentrierspitze ermöglicht der Reitstock ein Abstützen langer Drehteile, auf denen stirnseitig eine Zentrierbohrung vorhanden ist. Konventionelle Drehmaschinen verfügen über eine Pinole mit Morsekegelaufnahme für Bohrfutter oder große Bohrer im Reitstock. Dies ermöglicht ein Herstellen zentrischer Bohrungen.
Mit der Lünette können lange, dünne Drehteile abgestützt werden. Die Aufgaben einer Lünette sind das Verhindern von Schwingungen und Durchbiegungen des Werkstücks aufgrund des Eigengewichts und der Bearbeitungskräfte.

Drehvorgang:

Allgemein:
Das Drehen gehört zu den zerspanenden Fertigungsverfahren, bei sich, im Gegensatz zum Fräsen oder Bohren, das Werkstück dreht. Der fest eingespannte Drehmeißel wird mittels Werkzeugschlitten entlang des Werkstückes bewegt und zum Eingriff in dieses gebracht. Der Drehmeißel führt hierbei nur die Zustell- und Vorschubbewegung aus. So werden beim klassischen Drehverfahren rotationssymmetrische Teile hergestellt.

Drehachsen:
Beim konventionellen Drehen existieren nur eine Z-und X-Achse. Die Bezugsachse beim Drehen ist die Rotationsachse der Hauptspindel, um die sich das Werkstück und das Futter drehen. Diese wird normalerweise als Z-Achse bezeichnet. Auf die von der Futter zum Reitstockzeigende Z-Achse senkrecht steht die X-Achse.
Die Skalierung der X-Achse wird als die doppelte tatsächliche Bewegung angegeben.

Schnittdaten:
Zu den Schnittdaten, die eingestellt werden könne zählen die Schnittgeschwindigkeit, der Vorschub, die Drehzahl und die Schnitttiefe. Die Einstellung dieser Parameter ist verantwortlich für:
--> Standzeit des Werkzeugs --> Spanbildung
--> Oberflächengüte --> Spanungsvolumen
--> Schnittkraft
Die Auswahl der einstellbaren Schnittdaten sind meistens abhängig von den Werkstoffeigenschaften des Werkstückes, dem Durchmesser, dem Drehwerkzeug.

Drehverfahren:
Die Drehverfahren können nach der Lage der Bearbeitungsstelle und der Bewegungsrichtung eingeteilt wird.
Je nachdem, wie die Bearbeitungsstelle am Werkstück liegt, spricht man von Außendrehen (Außenflächen werden bearbeitet) oder vom Innendrehen (Flächen, die in einer Bohrung liegen werden bearbeitet).
Je nach Vorschubrichtung wird zwischen Längsdrehen (Werkzeug bewegt sich in Z-Achse) und Plandrehen (Werkzeug bewegt sich in X-Achse) unterschieden.
Kompliziertere Formen werden durch die Überlagerung beider Bewegungsrichtungen erzeugt.

Verschiedene Drehverfahren sind das:
- Längs-Rund-Drehen
- Quer-Plan-Drehen
- Quer-Stech-Drehen
- Längs-Stech-Drehen

Schruppen - Schlichten:
Beim Drehen unterscheidet man zwischen einem Schrupp- und Schlichtarbeitsgang. Beim Schruppen wird mit einer deutlich höheren Schnitttiefe gearbeitet. Das Werkstück wird dadurch annähernd auf Maß gebracht und mit dem Schlichten, das eine hohe Oberflächengüte erzielen soll, auf das Endmaß gedreht.

Stechdrehen – Abstechen:
Abstechen wird direkt in das zu bearbeitende Halbzeug geschnitten, bis es sich das Werkstück vom Rest ablöst. Viele Profil-Werkzeuge werden im Stechdrehverfahren verwendet, zum Beispiel zum Herstellen von Nuten für Sicherungsringe.

Gewindedrehen - Gewindestrehlen:
Beim Gewindedrehen und Gewindestrehlen sorgt der Vorschub beim Längsdrehen für die Gewindesteigung, damit hinterlässt das Werkzeug eine Spur auf der gewünschten Schraubenlinie. Beim Gewindedrehen wird ein Profil-Werkzeug, dessen Profil der Form des gewünschten Profils entspricht, verwendet. Aufgrund der hohen Schnittkräfte, wird das Gewinde nicht in einem, sondern in mehreren Durchgängen gedreht.
Beim Gewindestrehlen hingegen wird ein Werkzeug mit mehreren versetzt angeordneter Schneiden verwendet, wobei jede das Profil des Gewindes hat, verwendet. Der Abstand der Schneiden entspricht der Steigung.
Im Vergleich der beiden Verfahren lässt sich sagen, dass das Gewindedrehen flexibler ist und das Gewindestrehlen kürzere Bearbeitungszeiten benötigt.

Drehmeißel:
Ein Drehmeißel besteht in der Regel aus einem Stahlschaft, auf den eine Wendeschneidplatte angebracht wird. Diese Wendeschneidplatten bestehen meist aus beschichtetem Hartmetall oder Schneidkeramik.
Drehmeißel werden meist nach zwei Gesichtspunkten unterschieden:
• Schneidrichtung
Lage der Hauptschneide zum Schaft bestimmt die Schneidrichtung (Richtung aus Sicht des Werkstücks). Es gibt eine rechtsschneidende, linksschneidende und neutrale Schneidrichtung.
• Außen- und Innendrehmeißel
Nach der Bearbeitungslage unterscheidet man zwischen Außen- und Innendrehmeißel.
Je nach angewandten Drehverfahren gibt es unterschiedliche Arten von genormten Drehmeißeln. Hier ein paar Beispiele unterschiedlicher Drehmeißel:

Verwendete Quellen:
www.neida-drehteile.de
www.infometall.de
www.wikipedia.org
www.vem.at
www.fachgebaerdenlexikon.de




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