Werkzeugmaschinen

1

Einleitung

Werkzeugmaschinen, fest installierte Arbeitsmaschinen mit Kraftantrieb, mit denen man Werkstücke aus festen Materialien (z. B. Metall) zu verschiedenen Produkten verarbeitet. Die Formgebung erfolgt, indem mit Hilfe eines auf der Maschine angebrachten Werkzeugs Material vom Werkstück abgetragen oder es in die gewünschte Form gepresst wird. Entscheidend bei der Fertigung sind die gegenseitige Führung von Werkstück und Werkzeug, sowie die Geschwindigkeit und die Richtung, mit der beide während der Bearbeitung zueinander bewegt werden. Werkzeugmaschinen bilden die Grundlage der modernen Industrie und werden zur Herstellung von Maschinen- oder Werkzeugteilen eingesetzt.

Es gibt verschiedene Arten von Werkzeugmaschinen, wobei man nach den Fertigungsverfahren in umformende, in trennende und in fügende Maschinen unterscheidet. Mit spanenden Werkzeugmaschinen formt man beispielsweise Werkstücke, indem das überschüssige Material in Form von Spänen abgetragen wird. Bei Pressen gibt es eine Reihe unterschiedlicher Formungsverfahren, darunter Schubverformung, Pressen und Ziehen (Dehnen). Neuartige Werkzeugmaschinen verwenden Strahlungs-, elektrische, chemische und Schallenergie, überhitzte Gase und hochenergetische Teilchenstrahlen zur Bearbeitung von ungewöhnlichen Materialien und Legierungen.

2

Geschichte

Die Geschichte der modernen Werkzeugmaschinen begann etwa 1775, als der englische Erfinder John Wilkinson eine Horizontalbohrmaschine für die Bearbeitung der Innenflächen von zylindrischen Teilen baute. Etwa 1794 entwickelte Henry Maudslay die erste Leitspindeldrehbank. Später beschleunigte Joseph Whitworth die weitere Verbreitung der Werkzeugmaschinen von Wilkinson und Maudslay dadurch, dass er 1830 Messinstrumente erfand, mit denen man auf einen millionstel Zoll genau messen konnte. Seine Arbeit war deshalb so wertvoll, weil für die spätere Massenproduktion von Geräten mit austauschbaren Teilen genaue Messverfahren unerlässlich waren.

Die frühesten Versuche, austauschbare Teile herzustellen, fanden fast gleichzeitig in Europa und den USA statt. Für diese Versuche wurden in erster Linie Koordinatenfeilanlagen eingesetzt, mit denen man per Hand Teile mit im Wesentlichen identischen Abmessungen herstellen konnte. Das erste tatsächliche Massenproduktionsverfahren geht aber auf den amerikanischen Erfinder Eli Whitney zurück, der 1798 einen Regierungsauftrag zur Produktion von 10 000 Armeegewehren, deren Teile austauschbar sein mussten, erhielt.

Während des 19. Jahrhunderts erreichte man mit gewöhnlichen Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen, Stoßmaschinen, Hobelmaschinen, Schleifmaschinen und Sägen sowie mit Fräs-, Räum- und Bohrmaschinen bereits eine vergleichsweise hohe Maßgenauigkeit. Anfang des 20. Jahrhunderts wurden größere Werkzeugmaschinen gebaut und zudem ihre Genauigkeit erhöht. Nach 1920 spezialisierte sich der Anwendungsbereich einzelner Werkzeugmaschinen. Von 1930 bis 1950 baute man leistungsfähigere und stabilere Werkzeugmaschinen, um den inzwischen verfügbaren verbesserten Schneidstoffen Rechnung zu tragen. Diese spezialisierten Werkzeugmaschinen ermöglichten eine sehr kostengünstige Herstellung normierter Teile. Allerdings waren diese Maschinen wenig anpassungsfähig, und sie konnten nicht auf die Produktion verschiedenartiger Teile oder auf geänderte Normen umgestellt werden. Daher entwickelte man Werkzeugmaschinen, die äußerst flexibel und genau sind und an eine Steuerung mittels Computer angepasst wurden. Dadurch können auch komplex gestaltete Produkte kostengünstig hergestellt werden. Solche Maschinen sind inzwischen überall in Gebrauch.

3

Herkömmliche Werkzeugmaschinen

Zu den Grundtypen der Werkzeugmaschine gehören Drehmaschine, Stoßmaschine, Hobelmaschine und Fräsmaschine. Außerdem gibt es noch Bohr- und Räummaschinen, Schleifmaschinen, Sägemaschinen und eine Reihe von Maschinen zur spanlosen Formgebung bei Metallen.

3.1

Drehmaschine

Der Vorläufer der Drehmaschine ist die Drehbank. Sie zählt zu den ältesten Werkzeugmaschinen. Bei der heutzutage üblichen Drehmaschine wird das Werkstück in die Spanneinrichtung der Arbeitsspindel eingespannt und gedreht. Anschließend bearbeitet ein Schneidwerkzeug das sich drehende Werkstück spanend und bringt es so in die gewünschte Form. Bei modernen Drehmaschinen befinden sich gleich mehrere unterschiedliche Schneidwerkzeuge in so genannten Revolverköpfen. In Zug- oder Leitspindeldrehmaschinen lässt sich das Werkzeug während des Arbeitsvorganges parallel oder quer zur Drehachse manuell oder auch automatisch (Drehautomaten) bewegen. Dadurch kann man runde oder konische Teile erzeugen oder Gewinde schneiden. Mit einer entsprechenden Zusatzausrüstung lassen sich auch ebene Flächen wie bei einer Fräsmaschine herstellen oder die Aussparungen in Werkstücken vergrößern.