Wissenswertes

Werkzeugmaschinen

- Geschichte, Verfahren, Anwendungen und Zukunft -

Die Bearbeitung verschiedenster Materialien hat eine lange Historie. Werkzeugmaschinen wurden lange Zeit hauptsächlich mit der Metallbearbeitung in Verbindung gebracht. Diese ist aber nur ein Teil des Spektrums. Wir werden versuchen, die Bandbreite der Maschinen zu beleuchten und die verschiedensten Anwendungsbereiche darzustellen.

Mit der industriellen Revolution begann die Entwicklung von bearbeitenden Maschinen. Anders als heute, wo sich in jeder Maschine neben dem Hauptspindelantrieb mehrere Nebenantriebe befinden, hatten die ersten Werkzeugmaschinen nur einen Antrieb. Das war in der Regel eine Dampfmaschine. Die Dampfmaschine trieb über eine Zentralwelle mehrere verschiedene Maschinen an. Antriebsriemen verbanden dabei die Zentralwelle mit den einzelnen Maschinen.

Die Werkzeugmaschine zeichnet sich, wie der Name schon sagt, dadurch aus, dass sie für die Bearbeitung von Materialien mit entsprechenden, verschiedenartigsten Werkzeugen ausgerüstet werden muss.

Wenn wir die Hauptverfahren der Metallbearbeitungsmaschinen betrachten, so sind dies Umformen, Fügen und Trennen. Reduziert man diese Verfahren auf die Werkzeugmaschinen, so bedienen diese in der Hauptsache das Trennen von unterschiedlichsten Materialien, primär natürlich die Metalle.

Werkzeugmaschinen gibt es für die unterschiedlichsten Prozesse des Trennens. In der Technik unterscheiden wir diese Maschinen wie folgt:

Diese Auflistung erhebt nicht den Anspruch auf Vollständigkeit.

Die Bohrmaschine ist im weitesten Sinne schon eine Sonderform. Auch mit einer Drehmaschine ist es möglich, Löcher zu bohren oder Gewinde zu schneiden. Da diese Arbeitsgänge in der Produktion aber sehr häufig vorkommen, wurde hier über die Zeit eine eigene Maschinengattung entwickelt. Von der Ständerbohrmaschine über Bohrautomaten hin zur Handbohrmaschine gibt es in dieser Gattung viele Varianten.

Kommen wir zu den Bearbeitungszentren. Diese zeichnen sich in erster Linie dadurch aus, das verschieden Verfahren miteinander kombiniert werden. Eine der bekanntesten Gattung ist das Dreh- und Fräszentrum. Auch Bohr- und Schleifzentren kommen sehr häufig vor. Bearbeitungszentren zeichnen sich unter anderem durch die verschiedensten Arten der Achsenanordnung und durch die Anzahl der Achsen aus. Die bekanntesten Anordnungen sind die horizontalen und die vertikalen. Dazu kommen weitere drehbare oder schwenkbare Achsen. Dabei handelt es sich nicht unbedingt nur um die Werkzeugachsen. Auch Maschinentische können angetrieben sein, und zwar sowohl in linearer Form als auch in dreh- und schwenkbarer Form.

Die Vielzahl der Möglichkeiten ist nahezu unbegrenzt. Neben den standardmäßig angebotenen Werkzeugmaschinen gibt es viele spezielle Aufbauten, die auf die optimale Herstellung spezieller Werkstücke ausgerichtet sind. Je spezieller eine Maschine aufgebaut ist, desto eingeschränkter ist der Einsatzbereich, desto höher sind die Losgrößen und desto höher ist die Zeit, welche für Umrüstungen benötigt wird.

Ein gutes Beispiel für die Spezialisierung sind die Maschinen für die Zahnradherstellung. Sie basieren auch auf den Grundfunktionen wie Drehen, Stoßen, Fräsen und Schleifen, sind aber speziell durch die Anordnung der Achsen für nur sehr wenige andere Produkte zu gebrauchen.

Wie wir hier gut erkennen können, so gibt es bei den Werkzeugmaschinen viele unterschiedliche Kombinationen von Verfahren. Je größer die zu produzierenden Stückzahlen eines Werkstückes sind, desto spezieller sind die Maschinenausführungen und umso höher ist der Automatisierungsgrad. Zu diesem Thema könnte ein separater Aufsatz entstehen.

Auch Antriebstechnik und Steuerung spielen eine große Rolle. Mechanisch gesteuerte Werkzeugmaschinen (z.B. Kurvensteuerung, Riemenwechsel auf Riemenscheiben) wurden mehr und mehr durch CNC gesteuerte Maschinen ersetzt. Dadurch nimmt die Anzahl der Elektromotoren zu. Komplizierte mechanische Getriebe werden nach und nach durch Servo-Getriebemotoren ersetzt. Diese sind platzsparend und flexibel einsetzbar. Dazu kommt, dass Elektromotoren relativ wartungsarm sind und durch ihren Drehmomentverlauf ideale Voraussetzungen haben.

Allerdings gibt es immer noch mechanische, kurvengesteuerte Drehautomaten zu kaufen. Diese werden nach wie vor zur Herstellung von einfachen Maschinenelementen wie Stellringen eingesetzt.

Des Weiteren darf auch ein umfangreiches Zubehör als eigenständige Kategorie der Werkzeugmaschinen nicht fehlen. Zum Zubehör gehören z.B.:

Dieser Aufteilung der Werkzeugmaschinen und der Bearbeitungszentren in Bezug auf Steuerung und Funktion folgen wir auch bei der Strukturierung der Kategorien auf unserer Plattform tramao.de.

Moderne Werkzeugmaschinen besitzen nicht nur die Fähigkeit, reine mechanische Bearbeitungen durchzuführen. Die Automation hält auch hier immer weiter Einzug. Die Automation umspannt u.a. die folgenden, wichtigen Bereiche:

Viele Werkzeugmaschinen, die früher als reine Metallbearbeitungsmaschinen bekannt waren, werden heute nicht mehr nur zur Metallverarbeitung verwendet. Schließlich kann mittels Werkzeugmaschinen durch Wechseln der Werkzeuge und der Einstellparameter auch Kunststoff, Karbon oder Holz bearbeitet werden.

Wie ist es um die Zukunft der Werkzeugmaschine bestellt?

Die Evolution wird auch hier keinen Halt machen. Moderne Werkzeugwerkstoffe (Hartmetall anstelle von Werkzeugstahl), schnelle Steuerungen und steigende Anforderungen an die herzustellenden Produkte werden die Entwicklungsschritte bestimmen. Die weitere Automatisierung und Verkettung von Arbeitsschritten bei der Herstellung größerer Stückzahlen wird fortschreiten.

Verfahren werden sich ändern. Dadurch das heute durch Wasserstrahltechnik, Laserschneidtechnik und Plasmaschneidtechnik viele Werkstücke ausgeschnitten und mit Bohrungen versehen werden können, entfallen Dreh-, Fräs- und Bohrarbeiten.

Auch das Gewindeschneiden wurde in der Massenherstellung schon lange vom Gewinderollen oder Gewindedrücken verdrängt. Neben den schnellen Zykluszeiten haben die Verformungsverfahren noch den Vorteil der Festigkeitserhöhung beim Produkt.

Weitere Verfahren, welche die Zukunft und die Verfahren der Werkzeugmaschinen verändern werden, sind die Entwicklungsschritte der Gießtechniken und nicht zu vergessen das 3D-Drucken.

Es bleibt für die Hersteller der Werkzeugmaschinen letztendlich nur die Möglichkeit, ihre Produkte den wachsenden Anforderungen des Marktes anzupassen. Dazu gehört aber auch die Tatsache, dass weiterhin die einfachen Maschinen (Universalmaschinen) vom Markt gefordert werden. Damit sollte die Zukunft der Werkzeugmaschine in all ihren Ausprägungen gesichert sein.


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