CNC-Drehmaschine und Bearbeitungszentrum
CNC-Drehmaschinen gehören zu den am häufigsten eingesetzten Maschinen in Industrieunternehmen. Sie zeichnen sich durch ihre breite Anwendbarkeit, ihren einfachen Aufbau, ihre leichte Bedienbarkeit und ihre Wartungsfreundlichkeit aus. Diese Maschinen werden für Drehbearbeitungen an rotierenden Teilen wie Wellen, Scheiben und anderen Bauteilen eingesetzt, darunter das Drehen von Außendurchmessern, Stirnflächen, Zentrierbohrungen und Gewinden. Hinsichtlich der Bauweise sind horizontale und vertikale CNC-Drehmaschinen die gängigsten CNC-Drehmaschinen in Industrieunternehmen, wobei horizontale CNC-Drehmaschinen am weitesten verbreitet sind.
Gängige CNC-Drehmaschinen
In China sind gängige CNC-Drehmaschinen vereinfachte CNC-Produkte, die aus konventionellen Drehmaschinen weiterentwickelt wurden. Die Hauptkomponenten, die Struktur, das Aussehen und die wichtigsten technischen Parameter dieser Drehmaschinen ähneln denen konventioneller Drehmaschinen. Kleine und mittelgroße horizontale CNC-Drehmaschinen dieses Typs sind in Abbildung 1 dargestellt. Diese Werkzeugmaschinen stellen nur eine teilweise Verbesserung gegenüber konventionellen Drehmaschinen dar, um den Anforderungen der CNC-Bearbeitung gerecht zu werden. Bett, Spindelstock, Reitstock, Schlitten und Hilfssysteme wie Hydraulik, Kühlung, Beleuchtung und Schmierung sind denen einer konventionellen Drehmaschine sehr ähnlich.
Gängige CNC-Drehmaschinen verwenden in der Regel frequenzgesteuerte Motoren. Da das Drehmoment des Frequenzumrichters bei niedrigen Frequenzen gering ist, sind mechanische Getriebe erforderlich, um das Drehmoment der Spindel bei niedrigen Drehzahlen zu erhöhen. Die Anzahl der Drehzahlbereiche kann jedoch geringer sein als bei konventionellen Drehmaschinen. Der Spindelstock ist relativ einfach aufgebaut. Die Werkzeugmaschine ist üblicherweise mit einem elektrischen Revolver anstelle des manuellen Revolvers konventioneller Drehmaschinen ausgestattet, was die Automatisierung und den Werkzeugwechsel erleichtert. Diese Drehmaschinen sind einfach konstruiert, kostengünstig und wartungsarm. Sie eignen sich für die automatische Bearbeitung einfacher Teile. Da die meisten verwendeten CNC-Systeme jedoch inländischer Herkunft sind und nur über Basisfunktionen verfügen, fehlt diesen Maschinen die geschlossene Positionsregelung, was im Vergleich zu vollfunktionsfähigen CNC-Drehmaschinen zu einer geringeren Präzision und Bearbeitungseffizienz führt. Diese Maschinen sind nicht für die Hochgeschwindigkeits- oder Hochpräzisionsbearbeitung geeignet.
CNC-Drehmaschinen mit vollem Funktionsumfang
Eine vollfunktionsfähige CNC-Drehmaschine ist eine echte CNC-Drehmaschine, die ein voll funktionsfähiges, importiertes CNC-System benötigt und über eine Positionsregelung mit geschlossenem Regelkreis verfügt. Sie ermöglicht hochpräzise Konturbearbeitung. Kleine und mittelgroße horizontale vollfunktionsfähige CNC-Drehmaschinen sind in Abbildung 2 dargestellt. Aufbau und Konstruktion vollfunktionsfähiger CNC-Drehmaschinen orientieren sich im Allgemeinen an den Anforderungen von CNC-Werkzeugmaschinen. Diese Maschinen verfügen typischerweise über ein Schrägbett mit einem automatischen Revolver am hinteren Ende des Bettes und einem fest mit dem Bett verbundenen Spindelstock.
Der Spindelantrieb von CNC-Drehmaschinen mit vollem Funktionsumfang nutzt ein vom CNC-Hersteller geliefertes AC-Spindelantriebssystem, das einen breiten Drehzahlbereich, ein hohes Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen und eine hohe Maximaldrehzahl bietet. Zusätzlich verfügt die Spindel über Funktionen wie Ausrichtung und Positionierung. Hochgeschwindigkeits- und hochpräzise CNC-Drehmaschinen verwenden häufig fortschrittliche Komponenten wie Hochgeschwindigkeitsspindeleinheiten und elektrische Spindeln und erreichen dadurch im Vergleich zu herkömmlichen CNC-Drehmaschinen deutlich höhere Spindeldrehzahlen und Präzisionen.
Vollfunktions-CNC-Drehmaschinen verwenden in der Regel hydraulische Revolver für den automatischen Werkzeugwechsel. Die Steifigkeit, Werkzeugkapazität, Indexiergenauigkeit und Werkzeugwechselgeschwindigkeit des Revolvers sind denen elektrischer Revolver deutlich überlegen. Vollfunktions-CNC-Drehmaschinen zeichnen sich durch die grundlegenden technischen Merkmale von Hochgeschwindigkeits-, Hocheffizienz- und Hochpräzisions-CNC-Werkzeugmaschinen aus. Ihre Hilfssysteme sind fortschrittlicher und umfassender als die gängiger CNC-Drehmaschinen. Spannfutter, Reitstock und andere Komponenten werden häufig hydraulisch automatisch gesteuert. Darüber hinaus ist die Werkzeugmaschine mit einem Hochdruck-Kühlsystem mit hoher Kapazität, automatischer Schmierung und Späneabfuhr ausgestattet. Daher benötigen diese Drehmaschinen typischerweise eine vollständig geschlossene Schutzvorrichtung.
Einführung in CNC-Drehzentren
Ein Drehzentrum basiert auf einer voll funktionsfähigen CNC-Drehmaschine und dient zum Drehen, Fräsen und Bohren von rotierenden Werkstücken. Es zählt zu den ersten CNC-Maschinen, die Dreh- und Fräsfunktionen vereinen, wobei die horizontale Ausführung am weitesten verbreitet ist. Ein typisches Drehzentrum (siehe Abbildung 3) ähnelt zwar äußerlich einer voll funktionsfähigen CNC-Drehmaschine, unterscheidet sich jedoch deutlich in seiner internen Struktur und Leistung. Die Spindel verfügt über eine C-Achsen-Steuerung, und der Revolver kann mit angetriebenen Werkzeugen für Bohr-, Ausdreh- und Fräsbearbeitungen bestückt werden. Die Möglichkeit der Werkzeugbewegung entlang der vertikalen Y-Achse ist der Hauptunterschied zwischen einem Drehzentrum und einer voll funktionsfähigen CNC-Drehmaschine.
C-Achsen-Steuerung
Die C-Achsen-Steuerung, auch Spindelinterpolation oder C-Achsen-Interpolation genannt, ist eine Funktion, bei der sich die Spindel um die Z-Achse dreht. Diese Bewegungsachse wird als C-Achse definiert. Daher wird diese Funktion auch als C-Achsen-Kontursteuerung bezeichnet.
Beim Drehen versetzt die Spindel das Werkstück in Rotation, während sich das Werkzeug in Vorschubrichtung (X- und Z-Achse) bewegt. Beim Bohren, Ausdrehen und Fräsen hingegen treibt die Spindel die Rotation des Werkzeugs an, während sich entweder das Werkstück oder das Werkzeug in Vorschubrichtung bewegt. Die beiden Verfahren weisen grundverschiedene Bearbeitungseigenschaften auf. Daher muss die Spindel des Drehzentrums beim Drehen nicht nur das Werkstück rotieren lassen, sondern es beim Bohren, Ausdrehen und Fräsen auch an jeder beliebigen Stelle spannen und positionieren können. Zusätzlich ist die Spindel an Interpolationsberechnungen entlang der X-, Y- und Z-Achse beteiligt, um die Vorschubbewegung zu realisieren und die Bearbeitung der zylindrischen Oberfläche durchzuführen.
Live-Tools
Angetriebene Werkzeuge sind spezielle, rotierende Werkzeuge, die in der Zerspanung eingesetzt werden. Bei herkömmlichen CNC-Drehmaschinen erfolgt der Drehprozess durch Rotation des Werkstücks (siehe Abbildung 4). Die auf dem Revolver montierten Werkzeuge rotieren dabei nicht (und müssen es auch nicht). Um jedoch in einem Drehzentrum Drehbearbeitungen an den Seiten- und Stirnflächen eines rotierenden Werkstücks durchzuführen oder Fräs-, Bohr- oder Ausdrehbearbeitungen vorzunehmen, muss der Revolver mit angetriebenen Werkzeugen ausgestattet sein, die diese Bearbeitungen ermöglichen. Diese angetriebenen Werkzeuge werden von der Gegenspindel (zweite Spindel) in Rotation versetzt.
Bewegung entlang der Y-Achse
Für Drehbearbeitungen an Innen- und Außendurchmessern sowie Stirnflächen eines rotierenden Werkstücks sind lediglich axiale (Z-Achse) und radiale (X-Achse) Vorschubbewegungen erforderlich. Für Seitenflächen-, Stirnflächenbohrungs- und Fräsbearbeitungen ist neben axialem und radialem Vorschub auch eine vertikale Werkzeugachsenbewegung notwendig. Daher benötigt ein Drehzentrum mindestens X-, Y- und Z-Vorschubachsen. Der Revolver eines Drehzentrums ähnelt zwar dem einer voll funktionsfähigen CNC-Drehmaschine, seine interne Struktur und die Anforderungen an die Steuerung unterscheiden sich jedoch deutlich. Der Revolver einer CNC-Drehmaschine verfügt lediglich über Indexier- und Positionierfunktionen, während der Revolver eines Drehzentrums neben Indexierung und Positionierung auch ein Antriebssystem für angetriebene Werkzeuge benötigt, was seine Struktur komplexer macht.