Drehmaschinen Aufbau – Die Drehmaschine im Detail, mit Funktionsweise und Anwendung

Drehmaschinen Aufbau verständlich erklärt: Drehmaschinen sind unverzichtbare Werkzeugmaschinen in der modernen Fertigungsindustrie. Sie ermöglichen die präzise Bearbeitung von rotationssymmetrischen Werkstücken aus verschiedensten Materialien wie Stahl, Gusseisen und Kunststoff. In diesem Artikel werden wir den Aufbau, die Funktionsweise und die vielfältigen Anwendungen von Drehmaschinen genauer unter die Lupe nehmen. Drehmaschinen spielen eine entscheidende Rolle in verschiedenen Industriezweigen, insbesondere bei der Herstellung von Präzisionsdrehteilen.

Key Features zu Drehmaschinen, Aufbau und mehr:

1. Detaillierter Überblick über den Aufbau und die Funktionsweise von Drehmaschinen
2. Vergleich von konventionellen und CNC-gesteuerten Drehmaschinen
3. Erläuterung der wichtigsten Drehverfahren und -werkzeuge
4. Darstellung der Einsatzmöglichkeiten und Anwendungsgebiete von Drehmaschinen
5. Tipps zur Steigerung von Qualität und Produktivität in der Drehbearbeitung

Was sind Drehmaschinen und wie funktionieren sie?

Konventionelle vs. CNC-Drehmaschinen

Grundsätzlich lassen sich Drehmaschinen in zwei Kategorien einteilen: konventionelle Drehmaschinen und CNC-Drehmaschinen. Konventionelle Drehmaschinen, auch als Drehbänken bekannt, werden manuell bedient und eignen sich besonders für die Einzel- und Kleinserienfertigung. Sie erfordern viel Erfahrung und Geschick seitens des Bedieners, um präzise Ergebnisse zu erzielen.

CNC-Drehmaschinen hingegen werden computergesteuert und ermöglichen eine vollautomatische Bearbeitung auch komplexer Werkstücke. Durch die Programmierung der Bearbeitungsschritte können auch anspruchsvolle Konturen wie Kegel- und Kugelflächen oder freie Formen mit höchster Genauigkeit gefertigt werden. CNC-Drehmaschinen sind daher prädestiniert für die Serienfertigung und die Herstellung von Präzisionsteilen.

Drehmaschinen Aufbau

Eine Drehmaschine besteht im Wesentlichen aus folgenden Komponenten:

• Maschinenbett: Das Fundament der Maschine, auf dem alle anderen Teile montiert sind.
• Spindelstock: Enthält die Hauptspindel, die das Werkstück in Rotation versetzt.
• Reitstock: Dient zur Abstützung langer Werkstücke und kann axial verschoben werden.
• Oberschlitten: Er ist der Träger des Werkzeughalters bei konventionellen Drehmaschinen.
• Planschlitten: Er verfährt in Querrichtung X.
• Lünette: Zur zusätzlichen Abstützung langer, dünner Werkstücke.
• Werkzeugschlitten: Er besteht aus einem Schlosskasten, Planschlitten/ Querschnitten und Werkzeughalter und verfährt in Längsrichtung Z.
• Bei CNC-Drehmaschinen sitzt der Werkzeugrevolver auf dem Planschlitten/ Querschlitten.

Unsere Experten stehen Ihnen mit Fachwissen und Unterstützung zur Seite, um die passende Drehmaschine auszuwählen.

Bei konventionellen Drehmaschinen erfolgt die Bewegung der Schlitten manuell über Handräder und Hebel. CNC-Drehmaschinen verfügen zusätzlich über Servoantriebe und Kugelrollspindeln, die eine hochpräzise und automatisierte Verstellung ermöglichen.

Funktionsweise beim Drehen von Werkstücken

Das Grundprinzip beim Drehen ist die Rotation des Werkstücks um seine eigene Achse. Das Werkstück wird dazu in einer Spannvorrichtung, meist einem Dreibackenfutter, eingespannt und von der Hauptspindel in Drehung versetzt. Das Drehwerkzeug, etwa ein Drehmeißel, wird auf dem Werkzeugschlitten befestigt und in Kontakt mit dem Werkstück gebracht.

Durch die Rotation des Werkstücks und die gleichzeitige Vorschubbewegung des Werkzeugs quer zur Rotationsachse des Werkstücks wird Material in Form von Spänen abgetragen. Die Vorschubbewegung kann dabei längs (Z-Achse) oder quer (X-Achse) zur Drehachse erfolgen, wodurch zylindrische oder planare Flächen erzeugt werden. Durch die Kombination von Vorschub- und Zustellbewegungen lassen sich so unterschiedlichste Konturen und Formen realisieren.

Bei langen und dünnen Drehteilen besteht die Gefahr des Durchbiegens des Werkstücks unter dem Einfluss der Zerspanungskräfte. Hier kommen Reitstock und Lünette zum Einsatz, die das Werkstück abstützen und ein Schwingen oder Durchbiegen des Werkstücks verhindern.

Welche Werkzeuge werden bei Drehmaschinen verwendet?

Werkzeugarten und deren Anwendung

Für die unterschiedlichen Bearbeitungsaufgaben beim Drehen gibt es eine Vielzahl spezialisierter Werkzeuge. Die wichtigsten sind:

• Drehmeißel: Für das Schruppen und Schlichten zylindrischer und ebener Flächen.
• Abstechmeißel: Zum Abstechen und Einsägen von Nuten.
• Gewindedrehmeißel: Zur Herstellung von Außen- und Innengewinden.
• Bohrwerkzeuge: Für das Bohren und Aufbohren von Löchern.
• Fräswerkzeuge: Für die Bearbeitung von Nuten, Taschen und Konturen.

Die Werkzeuge bestehen aus verschleißfesten Schneidstoffen wie Schnellarbeitsstahl (HSS) oder Hartmetall und sind mit einer speziellen Schneidengeometrie versehen, die optimal auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestimmt ist.

Wichtige Komponenten an Werkzeugmaschinen

Die präzise Führung und Positionierung der Werkzeuge erfolgt über die Maschinenkomponenten:

• Schlosskasten: Zur Aufnahme des Werkzeughalters.
• Oberschlitten: Für die Zustellung des Werkzeugs in X-Richtung.
• Planschlitten: Für die Zustellung des Werkzeugs in Z-Richtung.
• Leitspindel: Zur Umwandlung der Drehbewegung in eine lineare Vorschubbewegung.
• Vorschubgetriebe: Zur Einstellung der Vorschubgeschwindigkeit und Gewindesteigung.

Bei CNC-Drehmaschinen erfolgt die Bewegung der Schlitten durch Servoantriebe und Kugelrollspindeln, die eine hochgenaue Positionierung im Mikrometerbereich ermöglichen.

Werkstücke und deren Bearbeitung

Typische Werkstücke, die auf Drehmaschinen bearbeitet werden, sind:

• Wellen und Achsen
• Flansche und Scheiben
• Hülsen und Buchsen
• Befestigungselemente wie Schrauben oder Muttern

Die Werkstücke können dabei aus unterschiedlichsten Materialien wie Stahl, Edelstahl, Aluminium, Messing oder Kunststoff bestehen. Entscheidend für die Wahl der Schnittparameter und Werkzeuge sind neben der Geometrie auch die spezifischen Materialeigenschaften wie Härte, Festigkeit und Zerspanbarkeit.

Welche Rolle spielen Drehautomaten in der Fertigung?

Einsatz von Drehautomaten

Drehautomaten sind spezielle Drehmaschinen, die für die automatisierte Serienfertigung von Drehteilen optimiert sind. Sie verfügen oft über mehrere Spindeln und Werkzeuge, die in einem Arbeitsraum angeordnet sind und so die komplette Bearbeitung eines Werkstücks in einer Aufspannung ermöglichen.

Drehautomaten zum Einsatz kommen besonders bei der Herstellung von Präzisionsteilen in hohen Stückzahlen, wie sie beispielsweise in der Automobil- oder Elektronikindustrie benötigt werden. Durch die Kombination verschiedener Bearbeitungsverfahren wie Drehen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden lassen sich auch komplexe Geometrien in einem Arbeitsgang fertigen.

Vorteile gegenüber konventionellen Drehmaschinen

Im Vergleich zu hochwertigen konventionellen Drehmaschinen bieten Drehautomaten entscheidende Vorteile:

• Höhere Produktivität durch vollautomatischen Betrieb
• Konstante Qualität und Wiederholgenauigkeit
• Reduzierter Personalaufwand und geringere Lohnkosten
• Gesteigerte Anlagenverfügbarkeit durch schnellen Werkzeugwechsel
• Flexibilität durch modularen Aufbau und schnelle Umrüstbarkeit

Allerdings sind Drehautomaten auch mit höheren Investitionskosten verbunden und erfordern eine sorgfältige Planung und Auslegung des Fertigungsprozesses, um wirtschaftlich betrieben werden zu können.

Steuerung und Automatisierung in der Drehbearbeitung

Die Steuerung moderner Drehmaschinen erfolgt fast ausschließlich über CNC-Steuerungen. Diese ermöglichen die Programmierung komplexer Bearbeitungsabläufe und die Simulation des Zerspanungsprozesses bereits im Vorfeld. Auch die Einbindung in übergeordnete Produktionsplanungs- und Steuerungssysteme ist möglich, um eine durchgängige Prozesskette zu realisieren.

Neben der CNC-Steuerung gewinnen auch Automatisierungslösungen wie Roboter und Handlingsysteme zunehmend an Bedeutung. Sie ermöglichen das automatische Beladen und Entladen der Maschinen, die Verkettung mehrerer Bearbeitungsstationen und die Integration von Prüf- und Messprozessen. Durch die konsequente Automatisierung lassen sich die Produktivität und Wirtschaftlichkeit der Drehbearbeitung weiter steigern.

Was sind die typischen Anwendungen für CNC-Drehmaschinen?

Präzisionsfertigung mit CNC-Drehmaschinen

CNC-Drehmaschinen sind die erste Wahl, wenn es um die Fertigung hochpräziser Drehteile geht. Durch die computergestützte Steuerung und die Verwendung moderner Werkzeuge und Schneidstoffe lassen sich auch enge Toleranzen und hohe Oberflächengüten zuverlässig erreichen. CNC-Drehmaschinen eignen sich daher besonders für die Herstellung von:

• Präzisionswellen und -spindeln
• Hydraulik- und Pneumatikkomponenten
• Medizintechnische Bauteile und Implantate
• Komponenten für die Luft- und Raumfahrtindustrie
• Präzisionsteile für die Optik und Feinmechanik

Fertigungsverfahren und Prozessoptimierung

Moderne CNC-Drehmaschinen bieten eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Optimierung des Fertigungsprozesses. Durch die Simulation der Bearbeitungsschritte lassen sich bereits im Vorfeld Kollisionen und Fehler vermeiden und die optimalen Schnittparameter ermitteln. Auch die Überwachung von Prozessgrößen wie Schnittkräften, Temperaturen oder Schwingungen trägt zur Steigerung der Prozesssicherheit und Produktivität bei.

Ein weiterer Trend ist die Integration zusätzlicher Fertigungsverfahren in die Drehbearbeitung. Durch den Einsatz von angetriebenen Werkzeugen lassen sich auch Fräs-, Bohr- und Gewindeoperationen in einem Arbeitsgang durchführen, ohne dass das Werkstück umgespannt werden muss. Auch die Kombination von Drehen und Schleifen in einer Maschine eröffnet neue Möglichkeiten zur Komplettbearbeitung und Prozessoptimierung.

Programmierung und Steuerung von CNC-Drehmaschinen

Die Programmierung von CNC-Drehmaschinen erfolgt meist in speziellen Programmiersprachen wie G-Code oder mittels grafischer Programmiersysteme (CAD/CAM). Dabei werden die einzelnen Bearbeitungsschritte definiert, die Werkzeugbahnen festgelegt und die Schnittparameter wie Drehzahl, Vorschub und Schnitttiefe vorgegeben.

Die Steuerung der Maschine übernimmt dann die CNC-Steuerung, die alle Achsbewegungen und Schaltfunktionen präzise koordiniert. Moderne Steuerungen verfügen oft über Touch-Bedienfelder, 3D-Simulationen und Werkzeugverwaltungssysteme, die eine einfache und intuitive Bedienung ermöglichen. Auch die Fernwartung und -diagnose über Netzwerke oder Cloud-Lösungen gewinnt zunehmend an Bedeutung, um Störungen schnell beheben und die Verfügbarkeit der Maschinen erhöhen zu können.

Wie wird die Qualität und Produktivität bei Drehmaschinen sichergestellt?

Präzisionsarbeit mit Werkzeugschlitten und Spindel

Eine entscheidende Voraussetzung für die Präzisionsbearbeitung auf Drehmaschinen ist die steife und spielfreie Führung der Werkzeugschlitten und der Spindel. Moderne Maschinen verfügen daher über präzise Linearführungen und Kugelrollspindeln, die auch bei hohen Zerspanungskräften eine exakte Positionierung und Wiederholgenauigkeit gewährleisten.

Auch die Hauptspindel spielt eine zentrale Rolle für die Qualität der Drehbearbeitung. Sie muss höchsten Anforderungen an Rundlaufgenauigkeit, Steifigkeit und Leistungsfähigkeit genügen, um auch bei hohen Drehzahlen und Belastungen eine präzise und schwingungsarme Bearbeitung zu ermöglichen. Moderne Motorspindeln mit integrierten Direktantrieben erreichen hier Drehzahlen bis zu 20.000 U/min und ermöglichen so eine hochproduktive Zerspanung.

Spanende Bearbeitung und Genauigkeit

Die spanende Bearbeitung auf Drehmaschinen erfordert eine sorgfältige Auswahl und Abstimmung der Schnittparameter und Werkzeuge, um die geforderte Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität zu erzielen. Entscheidende Faktoren sind dabei:

• Schnittgeschwindigkeit: Beeinflusst die Standzeit des Werkzeugs und die Oberflächengüte.
• Vorschub: Bestimmt die Spanabnahme pro Umdrehung und die Rauheit der Oberfläche.
• Schnitttiefe: Legt die Menge des abzutragenden Materials fest und beeinflusst die Schnittkräfte.
• Kühlschmierstoff: Reduziert Reibung und Verschleiß und verbessert die Spanabfuhr.

Durch die Wahl der optimalen Schnittparameter lassen sich die Bearbeitungszeiten verkürzen, die Werkzeugstandzeiten erhöhen und die 

Werkstückqualität verbessern. Auch die Verwendung moderner Schneidstoffe wie beschichtete Hartmetalle oder Keramik trägt zu einer höheren Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit der Drehbearbeitung bei.

Ein weiterer wichtiger Faktor für die Präzision ist die Berücksichtigung von Werkzeugkorrekturen und Verschleißerscheinungen. Moderne CNC-Steuerungen verfügen über Werkzeugverwaltungssysteme, die eine automatische Korrektur von Werkzeuglängen und -radien ermöglichen. Auch die Integration von In-Prozess-Messtechnik wie Messtaster oder Kamerasysteme trägt zur Sicherstellung der geforderten Maßhaltigkeit bei, indem Abweichungen direkt im Bearbeitungsprozess erfasst und kompensiert werden können.

Optimierung der Stückzahl und Produktionsgeschwindigkeit

Um die Produktivität der Drehbearbeitung zu steigern, gilt es, die Stückzahlen und die Produktionsgeschwindigkeit zu optimieren. Ansatzpunkte hierfür sind:

• Verkürzung der Nebenzeiten durch schnellen Werkzeugwechsel und automatisierte Werkstückhandhabung.
• Einsatz von Hochvorschubstrategien und angepassten Schnittparametern für hohe Zeitspanvolumina.
• Optimierung der Werkzeugwege und Reduzierung von Luftschnitten durch CAM-Programmierung.
• Automatisierung von Messzyklen und Werkstückprüfungen zur Vermeidung von Ausschuss.

Auch organisatorische Maßnahmen wie eine sorgfältige Fertigungsplanung, die Reduzierung von Rüstzeiten und die Vermeidung von Maschinenstillständen tragen zur Steigerung der Produktivität bei. Moderne Fertigungsmanagementsysteme (MES) unterstützen dabei, indem sie den gesamten Produktionsprozess transparent machen, Engpässe aufzeigen und eine effiziente Ressourcenplanung ermöglichen.

Fazit zu Drehmaschinen Aufbau

Drehmaschinen sind unverzichtbare Werkzeuge in der modernen Fertigungstechnik und ermöglichen die präzise und wirtschaftliche Herstellung von rotationssymmetrischen Bauteilen. Dabei haben sich CNC-Drehmaschinen aufgrund ihrer Flexibilität, Leistungsfähigkeit und Automatisierbarkeit in vielen Branchen als Standard etabliert.

Der Aufbau einer Drehmaschine umfasst das Maschinenbett, den Spindelstock, den Reitstock, den Oberschlitten, den Planschlitten, die Lünette und den Werkzeugschlitten. Das Zusammenspiel dieser Komponenten ermöglicht die präzise Bearbeitung des Werkstücks durch die Relativbewegung zwischen dem rotierenden Werkstück und dem Drehwerkzeug.

Entscheidend für die Qualität und Produktivität der Drehbearbeitung sind die Auswahl der richtigen Maschine und Werkzeuge, die Optimierung der Schnittparameter und Bearbeitungsstrategien sowie der Einsatz moderner Steuerungs- und Automatisierungstechnik. Auch die konsequente Prozessüberwachung und die kontinuierliche Verbesserung der Abläufe tragen zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit bei.

Wer sich mit der Drehbearbeitung beschäftigt, sollte daher nicht nur die Grundlagen der Zerspanungstechnik beherrschen, sondern auch ein Verständnis für die Möglichkeiten und Grenzen der eingesetzten Maschinen und Verfahren entwickeln. Nur so lässt sich das volle Potenzial der Drehbearbeitung ausschöpfen und die stetig steigenden Anforderungen an Qualität, Flexibilität und Wirtschaftlichkeit erfüllen.

Zusammenfassung:

Dieser Artikel gibt einen umfassenden Einblick in die Welt der Drehmaschinen und erläutert deren Aufbau, Funktionsweise und Anwendungsgebiete. Vom Unterschied zwischen konventionellen und CNC-gesteuerten Maschinen, Drehmaschinen Aufbau über die eingesetzten Werkzeuge und Verfahren bis hin zu Möglichkeiten der Prozessoptimierung werden alle wichtigen Aspekte praxisnah und verständlich dargestellt.

Häufige Fragen

Was ist eine CNC-Drehmaschine?

Eine CNC-Drehmaschine ist eine computergesteuerte Drehmaschine, die für die präzise Bearbeitung von Werkstücken verwendet wird.

Wie funktioniert eine CNC-Drehmaschine?

Bei einer CNC-Drehmaschine wird das Werkstück auf einer sich drehenden Spindel befestigt. Als
Befestigungen dienen u.a. manuelle oder hydraulische Drehfutter in unterschiedlichen
Ausführungen.

Wo werden Drehmaschinen eingesetzt?

Drehmaschinen werden in verschiedenen Industriebereichen eingesetzt, insbesondere in der Metallbearbeitung, um Werkstücke mit höchster Präzision herzustellen.

Was ist der Unterschied zwischen einer konventionellen Drehmaschine und einer CNC-Drehmaschine?

Bei einer konventionellen Drehmaschine wird das Werkzeug manuell gesteuert, während bei einer CNC-Drehmaschine die Bewegungen des Werkzeugs computergesteuert sind.

Welche Arten von Drehmaschinen gibt es?

Es gibt verschiedene Arten von Drehmaschinen, darunter konventionelle Drehmaschinen, zyklengesteuerte Drehmaschinen und Leit- und Zugspindeldrehmaschinen.

Was ist eine Arbeitsspindel bei einer Drehmaschine?

Die Arbeitsspindel ist das rotierende Bauteil der Drehmaschine, an dem meist ein Drehfutter zur
Befestigung des Werkstücks montiert ist.

Warum werden Drehmaschinen für die Einzel- und Kleinserienfertigung eingesetzt?

Drehmaschinen eignen sich besonders gut für die Einzel- und Kleinserienfertigung, da sie eine präzise und effiziente Bearbeitung von Werkstücken ermöglichen.

Welche Materialien können mit einer Drehmaschine bearbeitet werden?

Drehmaschinen können eine Vielzahl von Materialien bearbeiten, darunter verschiedene Arten von Stählen oder Kunststoff.