Drehsysteme: Was bietet der Markt?

Einspindelmaschinen (die sowohl ausgehend von der Stange als auch für Sekundärbearbeitungen eingesetzt werden können) › Dies ist die Basismaschine, d. h. das am weitesten verbreitete Konzept der Drehmaschine, die auch heute noch sowohl für begrenzte Produktionen von einigen Dutzend oder wenigen Hunderten von Stücken, sowohl ausgehend von der Stange (für die einfache Bearbeitung) als auch für Sekundärbearbeitungen verwendet wird.
Einschränkungen › Die Haupteinschränkungen dieses Maschinentyps sind die geringe Produktivität und die begrenzte Flexibilität, die auch vom Vorhandensein oder Fehlen der numerischen Steuerung abhängt. In der Tat sind diese Probleme bei allen Maschinen, die an dieser Art der Bearbeitung beteiligt sind, gleich. Einspindelige Maschinen wurden in der Vergangenheit (und werden zum Teil immer noch) in China, Indien und anderen Entwicklungsländern eingesetzt, d. h. in Gegenden, die sich durch eine breite Verfügbarkeit von kostengünstigen Arbeitskräften auszeichnen, aber nicht auf Präzisionsarbeit spezialisiert sind. Um mit Maschinen dieses Typs große Produktionsmengen zu erzielen, ist eine sehr große Anzahl von Maschinen erforderlich, von denen jede eine einzelne Phase oder zumindest einen begrenzten Teil des Bearbeitungszyklus ausführt. Es gibt mehrere Probleme mit diesem Ansatz. Die Produktion ist nämlich in viele verschiedene Prozesse unterteilt, ganz zu schweigen davon, dass jede Zwischenverarbeitungsstufe an sich neue Fehlermöglichkeiten einführt und die Effektivität einer Qualitätskontrolle einschränkt, welche die vom Markt geforderten immer höheren Standards garantieren kann. Auch der enorme Platz- und Personalbedarf für Produktion und Qualitätskontrolle muss berücksichtigt werden. Um die Nachfrage nach großen Mengen an Produkten mit geringem Ertrag zu befriedigen, müssen sich die Produzenten in diesen Ländern zwangsläufig mit einer sehr hohen Anzahl von Maschinen ausstatten. Für jeden, der die Gelegenheit hatte, sich Fotos solcher Produktionsstätten anzusehen, ist der Effekt beeindruckend: Hunderte von Maschinen und Hunderte von Menschen arbeiten in riesigen Räumlichkeiten!

Schweizer Einspindelspindler oder Doppelspindler (oder Langdreher) › Im Gegensatz zu den Maschinen der vorherigen Kategorie bedienen diese Maschinen dank des Einsatzes einer CNC-Steuerung einen breiteren Markt. Der Name spricht für sich: in Bezug auf ihre Herkunft - der Schweiz - aber auch in Bezug auf ihre Anwendungen für präzise, kleine Teile (z. B. Uhren), die für eine zahlenmäßig begrenzte Produktion bestimmt sind.
Durch die Möglichkeit der Verwendung einer CNC sind diese Maschinen sehr flexibel und in der Lage, komplexere Teile zu produzieren. Langdrehautomaten eignet sich in jedem Fall für die Bearbeitung von Bauteilen mit kleinem Durchmesser (weniger als 40 mm), insbesondere von solchen, deren Länge deutlich größer ist als der Durchmesser.
Diese Maschinen verfügen über mehrere Achsen und ermöglichen die gleichzeitige Bearbeitung der Vorder- und Rückseit des Werkstücks sowie den Einsatz von Drehwerkzeugen, rotierenden Werkzeugen und Bohrwerkzeugen. Die Stange, die von einer Spindel gedreht wird, wird in eine Führungsbuchse geschoben. Die axiale Bewegung der Spindel wirkt wie die z-Achse in der Maschine und die Werkzeuge bleiben nahe an der Führungsbuchse, was die Bearbeitungsstabilität bei Werkstücken mit kleinen Durchmessern im Verhältnis zu ihrer Länge gewährleistet. Durch den Einsatz der Gegenspindel kann auch das komplette Werkstück auf beiden Seiten bearbeitet werden.
Einschränkungen › Bei der von der Stange ausgehenden Bearbeitung stößt man auf jene Einschränkungen, die für alle Maschinen gelten, die ausgehend von der Stange arbeiten, wie wir später sehen werden, wenn wir über die Probleme bei der Verwendung des Stangenmaterials sprechen.Die Einschränkungen eines Langdrehers hängen hauptsächlich mit dem maximalen Durchmesser der Stange zusammen, die verwendet werden kann, was ihren Einsatzbereich einschränkt. Das Produktivitätsniveau dieser Maschine ist nach wie vor niedrig, da die Bearbeitungen in Serie durchgeführt werden und sich nicht für die Großserienproduktion, d. h. für durchschnittlich mehr als zehntausend Stück, eignen. Aufgrund ihrer Kompaktheit ist auch der Platz zum Einstellen und Wechseln der Werkzeuge begrenzt, was zu einer hohen Rüstzeit führt.

Frontal-Doppelspindler mit numerischer Steuerung › Diese Maschinen ermöglichen die Herstellung von Teilen, die nur auf einer Seite bearbeitet werden müssen. Durch den Einsatz von Automatisierungssystemen für den Transfer der Teile von der ersten zur zweiten Spindel können auch komplette Teile auf beiden Seiten bearbeitet werden.
Zur Durchführung der erforderlichen Bearbeitungen werden Werkzeugrevolver verwendet, wobei die frontale Anordnung der Spindeln eine bessere Zugänglichkeit für die Bediener an beiden Einheiten ermöglicht.
Einschränkungen › Der Übergang der Werkstücke von der ersten zur zweiten Spindel ist eher langsam, da er die Einbeziehung externer Handlingsysteme erfordert. Da es nicht möglich ist, die Werkstücke direkt von der ersten auf die zweite Spindel zu übergeben, kann keine hohe Präzision und Rundlaufgenauigkeit zwischen aufeinanderfolgenden Drehbearbeitungen mit zwei verschiedenen Aufnahmen gewährleistet werden.

Ein- und Doppelspindler mit vertikalen Spindeln › Ich möchte darauf hinweisen, dass in dieser Übersicht die Analyse von traditionellen Vertikaldrehmaschinen (mit Spindelnase nach oben) fehlt. Diese Anwendungen eignen sich besonders für die Bearbeitung von großen und sehr großen Teilen (wir sprechen von Anwendungen für den Energie- und Luftfahrtsektor): in diesem Fall erreicht der Abmessungsbereich der bearbeiteten Teile Durchmesser in der Größenordnung von 5 oder 6 Metern mit beträchtlichen Längen.Andererseits haben Vertikaldrehmaschinen mit Umkehrspindel (Spindel mit Kopf nach unten) einen ziemlich breiten Anwendungsbereich gefunden, indem sie Teile mit einem Verhältnis zwischen Länge und Durchmesser von weniger als 1 bearbeiten (typische Anwendung, Flansche mit verschiedenen Durchmessern sogar größer als 200/300 mm).
Einschränkungen › Diese Maschinen sind nur für Nischenproduktionen geeignet, wie z. B. Flansche und Bremsscheiben. Es besteht also ein recht ausgeprägtes Flexibilitätsproblem, ganz abgesehen davon, dass Doppel- und Einspindelmaschinen mit vertikaler Umkehrspindel für die Stangenbearbeitung nicht geeignet sind. Auch in diesem Fall erlaubt der vertikale Doppelspindler nicht den direkten Übergang des Halbzeugs von der ersten zur zweiten Spindel. Dadurch kommt es zu Zeitverlusten und Genauigkeitsproblemen bei der Bearbeitung des Werkstücks auf beiden Seiten.

Mehrspindler › Der Mehrspindler ist für die Stangenbearbeitung und hohe Produktivität ausgelegt. Er besteht aus einer Struktur, die eine rotierende Trommel mit horizontaler Achse trägt: auf dieser Trommel und um ihre Drehachse sind im Allgemeinen 6 oder 8 rotierende Spindeln untergebracht. Die Stangen werden von der Rückseite der Spindeln geladen und kommen für Dreharbeiten vorne heraus. Die Werkzeuge sind auf Schlitten mit Radialbewegungen befestigt, entsprechend der Position, in der die Spindeltrommel ausgerichtet ist. Die Trommel, die sich um eine Sechstel- oder Achtelumdrehung ( je nach Anzahl der Spindeln) dreht, positioniert die Spindeln in Übereinstimmung mit den Werkzeughalterschlitten, um die im Zyklus vorgesehenen Bearbeitungen auszuführen. Der Arbeitszyklus wird also auf alle Spindeln aufgeteilt, wobei die Werkzeuge parallel arbeiten: Die Bearbeitungszeit ist also gleich der Bearbeitungszeit der langsamsten Phase, zu der noch die Drehzeit der Spindelhaltetrommel hinzukommt; dazu kommt dann noch die Totzeit für den Stangenwechsel. Bitte beachten Sie, dass die Stange nicht komplett bearbeitet werden kann. Das letzte Stück (auch über 200 mm) kann aus statischen Gründen nicht bearbeitet werden und muss verworfen werden. In der Praxis arbeitet der Mehrspindler wie sechs oder acht parallel arbeitende Einspindler, wobei jedes Werkzeug nacheinander mit allen vorhandenen Spindeln interagiert.
Dieser Maschinentyp kann auch so modifiziert werden, dass er Sekundärbearbeitungen ausführt, mit einem System, das Dieser Maschinentyp kann auch so modifiziert werden, dass er Sekundärbearbeitungen ausführt, mit einem System, das halbfertige Teile direkt in die Spindeln selbst lädt. Dies sind die am häufigsten verwendeten Maschinen für die Herstellung großer Mengen von Drehteilen aus Stangenmaterial mit mittlerer Präzision.
Einschränkungen › Die erste Einschränkung hängt mit der Komplexität der Werkzeuge und der Starrheit ihrer Verwendung zusammen: Aspekte, die den Einsatz von hochspezialisiertem Personal und lange Rüstzeiten erforderlich machen, was bei häufigen Produktionswechseln für kleine Chargen nicht sehr geeignet ist.
Da jedes einzelne Werkzeug mit allen Spindeln interagiert, ist es beim Austausch oder der Einstellung auch nur eines Werkzeugs notwendig, die gesamte Maschine anzuhalten und dann alle von allen Spindeln gefertigten Teile zu bearbeiten und zu prüfen, bevor die Einstellung bestätigt und die Produktion wieder aufgenommen werden kann.In der Regel drehen sich alle Spindeln mit der gleichen Drehzahl, die nicht unabhängig für jede Spindel auf Basis der optimalen Arbeitsparameter programmierbar ist. Dieser Aspekt ist eine technische Einschränkung, die berücksichtigt werden muss, da sie sich sowohl auf die Lebensdauer der Werkzeuge als auch auf die Qualität des Endprodukts auswirkt, insbesondere wenn anspruchsvollere Materialien bearbeitet werden müssen.
Dies stellt sowohl ein Problem für die Werkzeuge als auch eine Einschränkung dar, da mehrere Stangen gleichzeitig gedreht werden müssen. In der Praxis bedeutet dies, dass Sie sich mit den normalen Stangenproblemen auseinandersetzen müssen, jedoch multipliziert mit der Anzahl der verwendeten Stangen. Wie bereits erwähnt, können Mehrspindler auch als Sekundärbearbeitungsmaschinen arbeiten, allerdings mit komplexen und unpraktischen Ladesystemen aufgrund der schwierigen Zugänglichkeit zum Ladebereich und zum Arbeitsbereich.

Transfer › In diesem Fall handelt es sich um einen Eindringling! Ich habe sie in diese Zusammenfassung aufgenommen, weil sie ein häufig verwendetes Gerät ist. Allerdings ist die Transfermaschine - im Gegensatz zu allen anderen Maschinen auf der Liste - keine Drehmaschine. Sie wird aber auch - und das ist der Grund, warum ich sie in diesen Abschnitt aufnehme - in einigen Fällen zur Bearbeitung von Teilen aus Stangenmaterial verwendet. Die meisten mit der Transfermaschine ausführbaren Bearbeitungen erfolgen mit einem festen (nicht rotierenden) Werkstück, was bedeutet, dass dieser Maschinentyp nicht für die Herstellung von Drehteilen geeignet ist. Darüber hinaus sind die Genauigkeit und Qualität der Endbearbeitung nicht sehr hoch. Warum wird sie also verwendet? In bestimmten Fällen, wenn die Genauigkeit ausreicht, schaffen es Transfermaschinen, ein recht hohes Produktivitätsniveau zu gewährleisten. Der Arbeitszyklus ist auf mehrere Stationen und mehrere radial um einen Zentralkörper angeordnete Werkzeughaltereinheiten aufgeteilt. Dieser rotierende Zentralkörper bewegt die in Spannbacken eingespannten Werkstücke zu mehreren parallel arbeitenden, aufeinanderfolgenden Bearbeitungsstationen. Es handelt sich also um ein ähnliches Konzept wie beim Mehrspindler, mit dem Unterschied, dass beim Mehrspindler die Stange gedreht wird, während bei der Transfermaschine die Werkzeuge gedreht werden. Es handelt sich also wie beim Mehrspindler um eine für hohe Stückzahlen geeignete Maschine, die aber in manchen Fällen unsachgemäß zur Bearbeitung von Teilen aus Stangen oder auf jeden Fall für achsensymmetrische Werkstücke eingesetzt wird.
Einschränkungen › Transfermaschinen sind für die Großserienproduktion geeignet, aber wie bei den Mehrspindlern ist der Werkzeugbau komplex und erfordert lange Zeiten und hohe Kosten aufgrund der Anzahl und Komplexität der verwendeten Geräte und Spezialwerkzeuge. Die erzielbaren Präzisionsniveaus sind nicht hoch, insbesondere bei der Bearbeitung von achsensymmetrischen Teilen; diese erfordern in der Tat ein Drehen (rotierendes Teil), um gute Oberflächengüten und enge Maßtoleranzen zu erzielen.
Darüber hinaus erleichtert die Architektur von Transfermaschinen nicht gerade die Verwaltung und den Abtransport der langen Spänen, die bei der Verarbeitung von Materialien wie kaltgeformten Stählen, bleifreiem Messing oder ähnlichem anfallen.