CNC-Dreh-Fräs-Verbundzentrum
Das CNC-Dreh-Fräs-Kombinationszentrum ist eine Werkzeugmaschine, die auf der CNC-Drehmaschine basiert und zusätzlich über Bohr- und Fräsfunktionen verfügt. Es besteht aus einem Drehbett, einer Drehspindel und einer Hilfsspindel für Fräs- und Bohrvorgänge. Die Maschine ist primär auf das Drehen ausgerichtet, Fräsen und Bohren dienen als ergänzende Funktionen – daher der Name Dreh-Fräs-Kombinationszentrum.
Wie in Abbildung 1 dargestellt, weisen kleine und mittelgroße Dreh-Fräs-Kombinationszentren eine ähnliche Struktur wie horizontale CNC-Drehmaschinen auf, mit einem schrägen Bett und einer Drehspindel am Boden. Die Drehspindel verfügt über eine Cs-Achsen-Steuerung und ist mit Zubehör wie Reitstock und Drehspitzen ausgestattet. Der obere Teil der Maschine besteht aus einer Hilfsspindel und einem automatischen Werkzeugwechsler, der die Struktur einer Fräs- und Bohrmaschine aufweist. Die Dreh- und Fräswerkzeuge werden in einem gemeinsamen Werkzeughalter verwendet und mittels eines Roboterarms gewechselt.
Der Hauptunterschied zwischen einem Dreh-Fräs-Kombinationszentrum und einem Drehzentrum liegt in der Hilfsspindel und dem automatischen Werkzeugwechsler. Das Drehzentrum, ähnlich einer vollwertigen CNC-Drehmaschine, verwendet einen Revolverwerkzeughalter, und der Werkzeugwechsel erfolgt über die Revolver-Indexierung. Die Antriebswerkzeuge und Getriebe sind im Revolver untergebracht. Diese Konstruktion ermöglicht einen einfachen Werkzeugwechsel mit hoher Wechselgeschwindigkeit und guter Werkzeugsteifigkeit. Beim Fräsen und Bohren weist die Maschine jedoch Einschränkungen auf, wie z. B. einen geringen Verfahrweg in Y-Richtung, eine schwache Fräsleistung und ein komplexes Hilfsspindelantriebssystem mit langer Übertragungskette, niedriger Spindeldrehzahl und geringer Steifigkeit. Daher sind ihre Fräs- und Bohrleistungen vergleichsweise gering.
Die Hilfsspindel des Dreh-Fräs-Kompositzentrums wird typischerweise über einen Direktmotor oder einen elektrischen Spindelantrieb angetrieben und bietet eine einfache, stabile Konstruktion mit hohen Drehzahlen von bis zu zehntausenden U/min. Sie kann zudem Standard-Fräs- und Bohrwerkzeuge aufnehmen und verbessert so die Fräs- und Bohrleistung der Maschine erheblich.
Die Hilfsspindel des Dreh-Fräs-Kombinationszentrums kann über einen weiten Bereich von ca. 225° (B-Achse) schwenken und ermöglicht so die Werkzeugausrichtung für Dreh-, Schrägflächen-Fräs- und Bohrbearbeitungen. Wird die Maschine beispielsweise für Innen- oder Außendrehen von Zylindern oder Stirnflächen eingesetzt, wird das Drehwerkzeug fixiert und die B-Achse zur Positionierung und Spannung auf 0° oder 90° eingestellt. Das Werkstück rotiert mit der Hauptspindel, während die X- und Z-Achse die Drehbewegung steuern. Beim Seiten- oder Stirnflächenbohren und -fräsen eines rotierenden Körpers schaltet die Drehspindel auf C-Achsen-Steuerung um und fungiert als CNC-Drehachse. In diesem Fall führt die Hilfsspindel Bohr-, Fräs- und Ausdrehbearbeitungen am auf der Drehspindel montierten Werkstück durch. Mit fünf Koordinatenachsen (X, Y, Z, B und C) ermöglicht die Maschine die 5-Achs-Bearbeitung.
Dieses Dreh-Fräs-Kombinationszentrum löst effektiv die Fräsbeschränkungen von Drehzentren und ermöglicht die 5-Achs-Bearbeitung. Allerdings ist seine automatische Werkzeugwechslerstruktur relativ komplex, und die Schrägbettkonstruktion schränkt den Verfahrweg der Y-Achse ein. Um diese Probleme zu beheben, verwenden größere Dreh-Fräs-Kombinationszentren mitunter eine Säulenverfahrkonstruktion ähnlich einem vertikalen 5-Achs-Bearbeitungszentrum mit einem A-Achsen-Drehtisch und einem Spindelkastenschwenkbereich. In diesem Fall nutzt die A-Achse eine Drehspindelstruktur mit Reitstock und Spitzen, wodurch die Dreh-Fräs-Kombinationsmaschine die Drehfunktionen einer CNC-Drehmaschine und die Bohr-Fräsfunktionen einer Fräsmaschine vollständig integriert.