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Werkzeugmaschine

Werkzeugmaschinen sind Maschinen zur Fertigung von Werkstücken mit Werkzeugen, deren Bewegung zueinander durch die Maschine vorgegeben wird. Zu den wichtigsten Vertretern zählen Dreh- und Fräsmaschinen, Erodiermaschinen sowie mechanische Pressen und Maschinenhämmer zum Schmieden.

Historische Wälzfräsmaschine zur Zahnradherstellung als Beispiel für eine Werkzeugmaschine
Eine moderne Werkzeugmaschine im Arbeitseinsatz mit Spritzdüsen für das Kühlschmiermittel

Zu ihrer Einteilung gibt es die Normen DIN 8580 ff (Verfahren) und DIN 69 651 Teil 1 (Metallbearbeitung), die inhaltlich aufeinander Bezug nehmen. Werkzeugmaschinen zählen zu den Arbeitsmaschinen und zusammen mit den Werkzeugen, Vorrichtungen, Messmitteln und Prüfmitteln zu den Betriebsmitteln. Wegen ihrer Vielfalt werden sie nach verschiedenen Kriterien eingeteilt: nach dem zugrunde liegenden Fertigungsverfahren in umformende und trennende (im Wesentlichen: zerteilende, spanende und abtragende) sowie fügende Maschinen; nach aufsteigendem Automatisierungsgrad in konventionelle Maschinen, Automaten, CNC-Maschinen, Bearbeitungszentren, flexible Fertigungszellen, flexible Fertigungssysteme, flexible Transferstraßen und konventionelle Transferstraßen.

Moderne Werkzeugmaschinen sind meist modular aufgebaut. Zu den wichtigsten Baugruppen zählen das Gestell, der Antrieb, die Führungen und die Steuerung. Als weitere Baugruppen gibt es Fundamente, Werkzeugspeicher und -wechsler, Werkzeugaufnahmen, Werkstückwechsler, Messsysteme sowie Ver- und Entsorgungseinrichtungen.

Vorläufer der Werkzeugmaschinen gab es möglicherweise schon in der Steinzeit, die ersten Werkzeugmaschinen im modernen Sinne entstanden aber erst zu Beginn der industriellen Revolution in England und breiteten sich recht schnell in allen Industriestaaten aus. Zunächst wurden mehrere Maschinen von einer einzelnen Dampfmaschine angetrieben, ab etwa 1900 bekam jede Maschine einen eigenen elektrischen Antrieb. Seit Mitte des 20. Jahrhunderts ist ihre Weiterentwicklung vor allem durch Automatisierung und Flexibilisierung geprägt.

Inhaltsverzeichnis

Es existieren mehrere Definitionen für Werkzeugmaschinen. Sie bieten aber nur einen mehr oder weniger groben Anhaltspunkt, welche Maschinen zu den Werkzeugmaschinen gehören. Vor allem urformende oder fügende Maschinen werden nur teilweise dazugezählt.

Definition nach Otto Kienzle

Eine häufig herangezogene Definition für Werkzeugmaschinen stammt von dem Ingenieur und Hochschullehrer Otto Kienzle, von dem auch die Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 stammt. Nach seinem Tod 1969 wurde sie erweitert, um den Stand der Technik besser abzubilden.

Eine Werkzeugmaschine ist eine Arbeitsmaschine, die ein Werkzeug am Werkstück unter gegenseitiger bestimmter Führung zur Wirkung bringt. (Kienzle) Sie übernimmt die Werkzeug- und Werkstückhandhabung und das Aufnehmen, Verarbeiten und Rückführen von Informationen über den Fertigungsvorgang. (Erweiterung)

Diese knappe Definition grenzt Werkzeugmaschinen gegenüber einer Vielzahl ähnlicher Maschinen ab:

  1. Durch die Bezeichnung Arbeitsmaschine werden alle Kraftmaschinen ausgeschlossen, die der „Erzeugung“ oder Umwandlung von Energie dienen wie Generatoren, Motoren oder Getriebe.
  2. Werkzeugmaschinen dienen der Herstellung und Bearbeitung von Werkstücken. Dieser Teil der Definition dient als Abgrenzung zu verfahrenstechnischen Maschinen, die Fließgüter produzieren, und gegenüber vielen anderen Arten von Maschinen wie Buchbinde- oder Brotschneidemaschinen.
  3. Werkzeugmaschinen verwenden Werkzeuge. Dabei kann es sich um Bohrer, Fräswerkzeuge und Meißel handeln, um Wasser-, Laser- und Elektronenstrahlen oder um die Flamme eines Brenners. Sie wenden dabei alle möglichen Fertigungsverfahren an.
  4. Werkstück und Werkzeug müssen durch die Werkzeugmaschine gegenseitig bestimmt geführt werden. Die Lage von Werkzeug und Werkstück zueinander sowie ihre Bewegungen werden also durch die Maschine bestimmt und nicht durch den Menschen. Dies dient als Abgrenzung gegenüber motorisch angetriebenen, aber per Hand geführten Werkzeugen wie Bohrschraubern, Stichsägen oder Winkelschleifern („Flex“).

Definition nach DIN 69 651

In der DIN 69 651 werden Werkzeugmaschinen definiert als mechanisierte und mehr oder weniger automatisierte Fertigungseinrichtung, die durch relative Bewegung zwischen Werkstück und Werkzeug eine vorgegebene Form am Werkstück oder eine Veränderung einer vorgegebenen Form an einem Werkstück erzeugt.

Nachempfindung einer „steinzeitlichen“ Fidelbohrmaschine.

Frühe Vorläufer

Aufgrund der sauber gebohrten Löcher in steinzeitlichen Steinäxten wurde seit der Gründerzeit darüber spekuliert, dass es vor 6000 Jahren sogenannte Fidelbohrmaschinen gegeben haben könnte, bei denen die Sehne eines Bogens um den Bohrer geschlungen wird, der in ein Gestell eingespannt ist. Durch Hin- und Herbewegen des Bogens kann man den Bohrer in alternierende Drehungen versetzen. Eine solche Vorrichtung würde schon alle Merkmale einer Werkzeugmaschine erfüllen. Archäologische Nachweise fehlen jedoch, sodass es möglich ist, dass diese nachgebauten Bohrmaschinen den im 19. Jahrhundert gängigen Werkzeugmaschinen nachempfunden sind.

In der Antike kamen erste Drehbänke sowie Schleif- und Bohrmaschinen auf, die durch Wasserkraft oder durch Tiere im Göpel angetrieben wurden. Das Werkzeug wurde hier allerdings noch per Hand geführt. In der Renaissance entwickelte Leonardo da Vinci Maschinen zur Herstellung verschiedener Werkstücke. Darunter waren Bohrmaschinen, Feilenhaumaschinen, Maschinen zum Gewindeschneiden oder Zylinderschleifen. 1771 wurde die erste Kopierdrehmaschine entwickelt, deren Werkzeug schon von der Maschine selbst entlang einer definierten Bahn geführt wurde.

Während der industriellen Revolution

Dreharbeiten während der industriellen Revolution. An der Decke sind die Transmissionswellen zu erkennen.

Werkzeugmaschinen waren Voraussetzung für die Herstellung leistungsfähiger Dampfmaschinen. In der Folge diente die Dampfmaschine als Antrieb für zahlreiche Werkzeugmaschinen in den neu entstehenden Fabriken. Die atmosphärische Kolbendampfmaschine wurde bereits 1712 von Thomas Newcomen erfunden. Beim Bau der benötigten Zylinder von etwa einem Meter Durchmesser und zwei Metern Länge stieß man jedoch an die Grenzen der damaligen Maschinen: Eine Maßabweichung von zwei Zentimetern galt als gutes Ergebnis. 1775 gelang John Wilkinson der Bau einer Horizontal-Bohrmaschine, die zuverlässig eine Abweichung von wenigen Millimetern einhalten konnte. Durch Bohrung von Zylindern in Eisen ermöglichte sie den Bau von Dampfmaschinen nach der von James Watt erdachten Konstruktion, die einen wesentlich höheren Wirkungsgrad aufwies.

Wegen einer anhaltenden Nachfrage nach Maschinen, zunächst im Textilgewerbe, später auch in vielen anderen Bereichen, breitete sich die Dampfmaschine schnell aus. Die damit verbundenen technischen und gesellschaftlichen Umwälzungen werden als erste industrielle Revolution bezeichnet. Entscheidend für den Einsatz von Werkzeugmaschinen statt der bisher üblichen Handarbeit war die Forderung nach hoher Genauigkeit. Von einer zentralen Dampfmaschine aus führten Transmissionswellen durch die Maschinenhallen. Von dort wurde die Energie über Lederriemen zu den einzelnen Maschinen weitergeleitet. Im Laufe der Industriellen Revolution kam es zu Weiterentwicklungen auf vielen Gebieten der Produktionstechnik, die sich gegenseitig befruchteten und vorantrieben. Durch die Verwendung von Steinkohle statt Holzkohle wurde es möglich, Gussstahl herzustellen, der bald für Werkzeuge und Gestelle von Werkzeugmaschinen verwendet wurde, die dadurch genauer wurden. Durch den vermehrten Einsatz von Eisen als Werkstoff stieg wiederum die Nachfrage nach Werkzeugmaschinen.

Entwicklung wichtiger Maschinentypen

Säulenbohrmaschine mit Transmissionsantrieb

Als besonders wichtig für die industrielle Produktion erwies sich die Drehmaschine. Sie wurde von dem Briten Henry Maudslay entscheidend verbessert. Er baute die erste Drehmaschine mit einem Werkzeughalter, der über Kurbeln bewegt werden konnte (Support mit Vorschub). Vorher wurden die Werkzeuge noch per Hand geführt, sodass das Arbeitsergebnis stark von der Geschicklichkeit und Erfahrung des Arbeiters abhing. Durch die Entwicklung Maudslays wurden die Maschinen genauer, hatten eine höhere Arbeitsleistung, waren weniger anstrengend zu bedienen, und zu ihrer Bedienung war weniger Vorbildung nötig. Vor allem letzteres war entscheidend für die schnelle Ausbreitung der neuen Technologie, da erfahrene Dreher so selten waren, dass es in England zu einem Auswanderungsverbot für sie kam. Maudslay erfand auch eine Drehmaschine zur Herstellung von Schrauben und Gewinden. Zuvor wurden sie per Hand gefertigt, was zur Folge hatte, dass jedes Gewinde individuell war. Durch die erhöhte Genauigkeit der Maschinen wurde es erstmals möglich, Schrauben so genau herzustellen, dass sie untereinander austauschbar waren.

Weitere Verbesserungen stammen von den beiden Schülern Maudslays Richard Roberts und James Fox sowie Joseph Whitworth. Für eine schnellere Bearbeitung wurden Maschinen mit mehreren Werkzeugen entwickelt, die gleichzeitig im Einsatz waren. 1845 baute der Amerikaner John Fitch aus Connecticut die erste Revolverdrehmaschine, bei der sich mehrere Werkzeuge in einem Revolver befinden und sich somit schnell wechseln lassen. Gegen Ende des 18. Jahrhunderts wurden in Amerika die ersten mechanisch gesteuerten Drehautomaten gebaut.

Zwischen 1800 und 1840 wurden die Säulen- und Ständerbohrmaschinen von Whitworth und William Fairbairn entwickelt. Auf der Pariser Weltausstellung 1867 wurde erstmals der Spiralbohrer gezeigt. Es dauerte allerdings wegen des hohen Preises trotz großer Vorteile bis 1890, bis er sich gegen den Spitzbohrer durchsetzen konnte.

Erste Konstruktionen für Hobelmaschinen stammen noch von Maudslay, sein Schüler Roberts baute die erste Variante mit mechanischem Vorschub. Die erste amerikanische Hobelmaschine wurde 1833 von Gay Silver & Co angeboten. Johann von Zimmermann, einer der Begründer des deutschen Werkzeugmaschinenbaus, erhielt eine Auszeichnung auf der Weltausstellung London 1862 für seine Hobelmaschine.

Die Fräsmaschine von Eli Whitney

Das erste Fräswerkzeug wird Jacques Vancanson nachgesagt, die älteste noch erhaltene Fräsmaschine stammt von dem Amerikaner Eli Whitney aus Connecticut, der sie in der Waffenproduktion einsetzte. Von dem Amerikaner Joseph Brown stammt die erste automatische Universalfräsmaschine von 1860. Bis etwa 1900 waren auch Maschinen zum Fräsen von Zahnrädern technisch ausgereift.

Infolge der erhöhten Genauigkeitsansprüche, vor allem im Modell- und Waffenbau, gewann das Schleifen an Bedeutung. Die erste Schleifmaschine für die Metallbearbeitung von 1833 wird Alfred Krupp zugeschrieben. 1853 erhielten Hiram Barker und Francis Holt ein Patent für eine Maschine zum Schleifen von Messingkugeln, die für Ventile in Dampflokomotiven benötigt wurden. 1855 baute W. Muir & Co. in Manchester eine Werkzeugschleifmaschine für Messer und Klingen.

1842 konstruierte der Engländer James Nasmyth einen dampfgetriebenen Schmiedehammer. Durch den Kolben der Dampfmaschine wurde der Hammerbär (das Werkzeug) angehoben und auf das Werkstück fallen gelassen. Dadurch wurden Schmiedestücke bisher ungeahnter Größe möglich. Alfred Krupp baute einen Riesendampfhammer mit 30 Tonnen Fallgewicht, mit dem man Gussstahlblöcke von bis zu 2,5 Tonnen bearbeiten konnte. 1860 gab es erste hydraulische Schmiedehämmer. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden erste Gesenkschmiedemaschinen entwickelt.

Bis etwa 1900 war die Entwicklung der klassischen Werkzeugmaschinen und der entsprechenden Fertigungsverfahren im Wesentlichen beendet. Fast alle heute bekannten Typen waren vorhanden.

Einflüsse

Die Entwicklung der Werkzeugmaschinen wurde durch gesellschaftliche, organisatorische und technische Voraussetzungen beeinflusst, andererseits ermöglichte oft erst ein bestimmter Entwicklungsstand der Maschinen diese Einflüsse.

Adam Smith zeigte durch sein berühmtes Beispiel der Stecknadelproduktion, dass durch arbeitsteilige Produktionsprozesse die Produktivität erheblich erhöht werden konnte: Ein einzelner ungelernter Arbeiter kann an einem Tag nur wenige Stecknadeln herstellen. Wird die Arbeit aufgeteilt in mehrere Handgriffe (Drahtziehen, Abzwicken, Zuspitzen etc.), so können beispielsweise fünf Arbeiter tausende von Stecknadeln an einem Tag herstellen. Für einzelne Werkstücke wie Nadeln ließ sich so eine Serien- oder Massenproduktion verwirklichen. Für die Produktion mehrteiliger Güter wie Maschinen oder Waffen musste man allerdings sicherstellen, dass die einzelnen Teile untereinander austauschbar waren. Diese Produktionsweise wird als Austauschbau bezeichnet und wurde unter anderem von Eli Whitney verwirklicht, der einen Auftrag über 10.000 Musketen in nur zwei Jahren fertigstellte. An die Werkzeugmaschinen wurden immer höhere Genauigkeitsanforderungen gestellt, andererseits ermöglichte diese Genauigkeit erst die Massenproduktion von Maschinen und Waffen.

In Amerika herrschte im 19. Jahrhundert ein Mangel an Arbeitskräften, vor allem an qualifizierten. Man war daher bestrebt, jede menschliche Arbeit so weit wie möglich durch Maschinen zu ersetzen, die möglichst einfach zu bedienen waren und möglichst schnell arbeiteten. Die Methoden der Arbeitsteilung wurden um 1900 von Frederick Winslow Taylor durch seine Wissenschaftliche Betriebsführung verfeinert. Henry Ford perfektionierte Anfang des 20. Jahrhunderts die Massenproduktion durch konsequente Anwendung der Prinzipien Taylors und die Einführung der Fließbandfertigung. Zu Lebzeiten war Taylor allerdings für eine andere Erfindung bekannt geworden: den Schnellarbeitsstahl. Mit ihm konnte die Schnittgeschwindigkeit von spanenden Werkzeugmaschinen etwa auf das Dreifache erhöht werden. Die Antriebe und Gestelle der vorhandenen Maschinen waren aber für derart hohe Leistungen nicht ausgelegt, sodass neue konstruiert werden mussten, die wegen der hohen Produktivität regen Absatz fanden.

Die zweite industrielle Revolution

Gegen Ende des 19. Jahrhunderts waren die Maschinen präzise genug, um brauchbare Dampfturbinen herzustellen. Um die Jahrhundertwende wurden erste Kraftwerke zur Erzeugung elektrischer Energie in Betrieb genommen. Genutzt wurden sie zunächst vor allem für die Straßenbeleuchtung. Die Entwicklung von Verbrennungs- und Elektromotoren ermöglichte es im Laufe der zweiten industriellen Revolution, jede Maschine mit einem eigenen Antrieb auszustatten, die nun nicht mehr auf in der Nähe befindliche Dampfkessel angewiesen waren. Diese Umstellung vollzog sich in mehreren Phasen. In den Fabriken herrschte immer noch das Prinzip der Transmissionswellen vor. Beim Zu- oder Abschalten von Großmaschinen kam es bei den übrigen Maschinen zu ruckartigen Stößen, die das Arbeitsergebnis verschlechterten. Daher rüstete man zunächst die größten Maschinen mit einem eigenen Antrieb aus und betrieb die restlichen noch mehrere Jahre über Transmissionen.

In der zweiten Phase wurden die zentralen Dampfkessel durch zentrale Elektromotoren ersetzt, die nun die Transmissionswellen antrieben. Erst in der dritten Phase bekam jede Maschine einen eigenen Motor als Antrieb. Begünstigt wurde der Übergang zum Einzelantrieb durch die Entwicklung des Schnellarbeitsstahls: Um seine Potenziale ausnutzen zu können, wurden neue Maschinen benötigt. Durch den Wegfall der Transmissionen, die einen schlechten Wirkungsgrad besaßen, wurde nun deutlich weniger Energie verbraucht. Später bekamen Werkzeugmaschinen für jede Vorschubachse einen eigenen Motor. Zeitgleich wurden die Maschinen immer stärker automatisiert, zunächst durch Weiterentwicklung der mechanischen Steuerungen, später mit einfachen elektrischen Steuerungen oder Lochkarten. Führend waren in dieser Entwicklung vor allem die USA und Japan.

Wissenschaftliche Erforschung

Erste technische und naturwissenschaftliche Schulen und Akademien wurden im Laufe des 18. Jahrhunderts gegründet. Gegen Ende des Jahrhunderts wurde die erste Schule eines neuen Typs eröffnet: die Polytechnische Schule in Paris. Nach ihrem Vorbild entstanden in Frankreich und im deutschsprachigen Raum viele weitere Schulen, die im Laufe des 19. Jahrhunderts zu technischen Hochschulen aufgewertet wurden. In der ersten Hälfte des Jahrhunderts konzentrierte man sich noch auf die sogenannte „Mechanische Technologie“, einen Vorläufer der heutigen Fertigungstechnik. Karl Karmarsch, Direktor der polytechnischen Schule und späteren Universität in Hannover, verfasste ein Buch über das „System der Mechanischen Technologie“ und legte eine in Forschung und Lehre bedeutende Werkzeugsammlung an. Sein Nachfolger Hermann Fischer gab 1900 ein Buch über Werkzeugmaschinenkunde heraus, in dem er vorhandene Maschinen klassifizierte und beschrieb, aber auch auf die Bedienung und die Bedeutung der Haupt- und Nebenzeiten einging.

Das Gebiet der Produktionstechnik bildete damals noch eine Einheit: Erforscht wurden schwerpunktmäßig die Fertigungsverfahren, aber auch Werkzeugmaschinen, sonstige Maschinen wie Bergbau- oder Textilmaschinen, Rechnungswesen (für die Ermittlung der Selbstkosten) und das Planen und Betreiben von Fabriken. Zu Beginn des 20. Jahrhunderts wurden erste Lehrstühle gegründet, die sich nur noch mit Werkzeugmaschinen beschäftigten. Um etwa 1900 kehrte sich auch das Verhältnis zwischen Wissenschaft und Praxis um: Während der industriellen Revolution waren es findige Unternehmer, die die Werkzeugmaschinen immer weiter verbesserten; die Wissenschaft konnte den Prozess nur beschreibend begleiten. Seit 1900 wurde ein besseres theoretisches Verständnis der Produktion zur Voraussetzung für den technischen Fortschritt. Zunächst versuchten sich einige Unternehmen, wie die in dieser Hinsicht als vorbildlich geltende Ludwig Loewe AG oder Taylor selbst, an der Forschung, stießen aber bald an ihre Grenzen. Bis heute wird ein großer Teil der Produktionsforschung gemeinsam von Hochschulen, Forschungsinstituten und der Industrie betrieben. In Amerika und England wurden technische Schulen und Hochschulen erst mit mehreren Jahrzehnten Verzögerung gegründet, und auch zahlenmäßig waren es eher wenige. Die bekannteste ist das Massachusetts Institute of Technology. Gegen 1900 machte sich in den angelsächsischen Ländern daher ein breiter Mangel an gut ausgebildeten Ingenieuren bemerkbar.

Dritte industrielle Revolution

Um 1950 wurde am Massachusetts Institute of Technology (MIT) die Numerische Steuerung entwickelt, die es ermöglichte, mit Rechnern komplexe Geometrien zu fräsen. Allein die für die Steuerung benötigte Hardware war allerdings schon teurer als eine konventionelle Werkzeugmaschine. Dazu kam noch der hohe Aufwand für die Programmierung, sodass sich numerische Steuerungen zunächst nicht durchsetzen konnten. Die Entwicklung des Mikroprozessors Anfang der 1970er Jahre ermöglichte es in der dritten industriellen Revolution, jede Maschine mit einem eigenen Rechner auszustatten, der die kostengünstige Anwendung numerischer Steuerungen ermöglichte. Auch die Programmierverfahren wurden vereinfacht, sodass sich die neue Technologie schnell ausbreitete. Ihre Vorteile sind einerseits die Möglichkeit, beinahe beliebig geformte Geometrien zu erzeugen, und andererseits die hohe Flexibilität: Für die Produktion eines weiteren Produkttyps musste man nur noch ein neues Programm in den Speicher laden. Dadurch wurden die Produktionskosten für Einzelteile und Kleinserien erheblich verringert. Verstärkt wurde dieser Effekt durch die Entwicklung der ersten Bearbeitungszentren (BAZ), die mehrere Fertigungsverfahren in sich vereinen. Früher musste man Werkstücke oft zuerst auf einer Drehmaschine drehen, um sie dann auf einer Fräsmaschine weiterzubearbeiten. Mit einem Bearbeitungszentrum, das beide Verfahren beherrscht, entfallen das Umspannen und der Werkstücktransport zwischen beiden Maschinen.

Durch die Entwicklung der numerischen Steuerungen und der Materialfluss- und Handhabungstechnik wurden die ersten Flexiblen Fertigungssysteme möglich. Bei ihnen sind mehrere gleiche oder verschiedenartige Maschinen durch Transporteinrichtungen (z. B. die neuen Industrieroboter) verbunden, die für jedes Werkstück einen individuellen Weg durch das System ermöglichen. Ab jetzt konnte man auch mittelgroße Serien kostengünstig fertigen. Durch den Robotereinsatz bei Fertigungsstraßen wurden diese ebenfalls flexibler.

In den letzten Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts waren Deutschland und Japan sowie die USA führend auf dem Weltmarkt. 2013 war China sowohl der größte Produzent als auch Abnehmer weltweit, gefolgt von Japan und Deutschland. Während China netto noch Werkzeugmaschinen importiert, haben Japan und Deutschland einen deutlichen Exportüberschuss. Weitere wichtige Herstellernationen sind Italien, Taiwan, Südkorea, die USA und die Schweiz. Wichtigste Abnehmerbranchen sind der Maschinenbau mit etwa einem Drittel der Produktion und die Automobilbranche mitsamt Zulieferern mit einem weiteren Drittel.

Werkzeugmaschinen zählen zusammen mit den Werkzeugen, Vorrichtungen, Mess- und Prüfmitteln zu den Betriebsmitteln. Sie haben unterschiedlichste Erscheinungsformen und werden daher nach verschiedenen Kriterien eingeteilt. Die erste Möglichkeit besteht in Einzweckmaschinen, mit denen nur ein stark eingeschränktes Werkstückspektrum möglich ist (wie mit Wälzfräsmaschinen zum Wälzfräsen oder Zahnrad-Formschleifmaschinen), und Universalmaschinen, mit denen sich verschiedene Werkstückformen fertigen lassen. Sie werden meist nach dem Fertigungsverfahren benannt, für das sie hauptsächlich konzipiert wurden, wie Dreh- oder Fräsmaschinen (mit einer Fräsmaschine kann man durchaus auch bohren). Daneben werden sie eingeteilt nach der Anzahl der Achsen (bis zu sechs), der Lage der Hauptspindel (waagrecht oder senkrecht), dem konstruktiven Aufbau (z. B. Kreuzbett-Drehmaschine), der Kinematik (parallel oder seriell), der erreichbaren Genauigkeit (Standard-, Präzisions- und Ultrapräzisionsmaschinen, je nach Fertigungsverfahren unterschiedlich) und der Werkstückklasse (Maschinen zur Herstellung von Zahnrädern, Nockenwellen oder Kurbelwellen).

Die beiden häufigsten Einteilungsmöglichkeiten sind analog zur Einteilung der Hauptgruppen der Fertigungsverfahren und nach dem Automatisierungsgrad.

Einteilung nach Fertigungsverfahren

Nach der enger gefassten Sichtweise werden nur die umformenden, zerspanenden und abtragenden Maschinen zu den Werkzeugmaschinen gezählt. Nach einer weiter gefassten Sichtweise rechnet man auch die urformenden Maschinen (z. B. Gussmaschinen), fügende sowie alle trennenden Maschinen (zerteilende, spanende und abtragende) dazu.

Die spanenden Maschinen zählen mit etwa zwei Dritteln des Produktionswertes aller Werkzeugmaschinen zu den wichtigsten. Zu ihnen gehören neben Dreh- und Fräsmaschinen auch Bohrmaschinen, Hobelmaschinen, Stoßmaschinen, Räummaschinen, Sägemaschinen, Schleifmaschinen, Honmaschinen und Läppmaschinen (zum Läppen).

Animation einer Biegemaschine

Die umformenden Maschinen können weiter unterteilt werden nach den Fertigungsverfahren in Biegemaschinen, Pressen, Ziehmaschinen (Zum Durchziehen) und Walzmaschinen. Allerdings lassen sich durch den Einbau unterschiedlicher Werkzeuge mehrere Fertigungsverfahren realisieren. Deshalb hat sich eine Einteilung nach dem zugrundeliegenden Funktionsprinzip bewährt. Bei energiegebundenen Umformmaschinen wirkt mit jedem Hub die gleiche Energiemenge auf das Werkstück. Dies kann realisiert werden, indem das Werkzeug immer aus einer bestimmten Höhe fallengelassen wird wie beim Fallhammer. Ebenfalls in diese Gruppe gehören der Oberdruck- und Gegenschlaghammer, sowie Spindelpressen. Weggebundene Umformmaschinen legen bei jedem Hub denselben Weg zurück. Dazu zählen Exzenterpressen, Kurbelpressen und Kniehebelpressen. Kraftgebundene wirken so lange auf das Werkstück ein, bis eine bestimmte Kraft erreicht wird. Hierzu zählen hydraulische Pressen.

Zerteilende Maschinen sind den umformenden in der Konstruktion recht ähnlich und werden eingeteilt in Schlagscheren, Schneidpressen und Stanzmaschinen. Sie werden überwiegend zur Bearbeitung von Blechen eingesetzt.

Die abtragenden Maschinen werden nach den zugrundeliegenden Verfahren eingeteilt in Erodiermaschinen, Laserbearbeitungsmaschinen und Wasserstrahlschneidemaschinen. Wegen der hohen Kosten durch die geringe Produktivität werden sie nur dann eingesetzt, wenn andere Maschinen nicht nutzbar sind. Dies ist beispielsweise bei sehr harten, spröden oder temperaturempfindlichen Materialien der Fall oder zum Fertigen von Hinterschnitten sowie sehr kleinen Formelementen.

Einteilung nach Automatisierungsgrad

Eine konventionelle Werkzeugmaschine erzeugt die Schnitt- und die Vorschubbewegung über einen Motor und ein Getriebe sowie über Handräder. Ein Automat dagegen steuert schon die Vorschubbewegung. Eine CNC-Maschine vollführt einen automatischen Arbeitszyklus an einem manuell eingespannten Werkstück. Der Werkzeugwechsel wird meist automatisch durchgeführt. Ein Bearbeitungszentrum (BAZ) integriert zusätzlich den Werkstückwechsel und das Werkzeugsteuerungssystem. Die Flexible Fertigungszelle umfasst mehrere Maschinen mit ihren Werkzeugmagazinen, einen größeren Werkstückspeicher und z. T. integrierte Messeinrichtungen. Flexible Fertigungssysteme (FFS) besitzen einen maschinenübergreifenden automatischen Werkstückfluss mit Anbindung einer Fertigungssteuerung beziehungsweise eines Produktionsplanungssystems. Konventionelle Transferstraßen besitzen einen sehr geringen Flexibilitätsgrad. Nur durch aufwendiges Rüsten können kleine Veränderungen in der Produktpalette gefertigt werden.

Werkzeugmaschinen werden meist aus modularen Baugruppen zusammengebaut. Dies erleichtert die Konstruktion und ermöglicht für die einzelnen Komponenten höhere Stückzahlen und somit geringere Fertigungskosten. Die einzelnen Baugruppen werden häufig nach Kundenwunsch zusammengestellt. Zu den wichtigsten gehören Gestell, Antrieb, Steuerung und die Führungen, die dem Werkzeug nur bestimmte Bewegungsmöglichkeiten lassen und andere verhindern. Als weitere Baugruppen gibt es Fundamente, Werkzeugspeicher und -wechsler, Werkzeugaufnahmen, Werkstückwechsler, Messsysteme sowie Ver- und Entsorgungseinrichtungen.

Gestell

Das Maschinengestell nimmt die Bearbeitungskräfte auf und sichert die Lage aller Baugruppen zueinander. Es bestimmt zu großen Teilen die statische und dynamische Steifigkeit der Werkzeugmaschine. Bei kleineren Maschinen sind die Gestelle als Tisch ausgeführt. Für schwerere Maschinen werden Bettausführungen in offener (Ständer- oder C-Bauweise) oder geschlossener (Portal-)Bauweise eingesetzt.

  • C-Gestell (Bandsäge)

  • Portalbauweise (Hobelmaschine)

  • Bettgestell (Drehmaschine)

Typisch sind Ausführungen aus Gusseisen, Stahl, Leichtmetallen, Mineralguss (Polymerbeton) oder Faserverbundkunststoffen. Bei Ultrapräzisionsmaschinen findet man auch Gestellbauteile aus Granit. Inzwischen kommen auch geschäumte Leichtmetalle zum Einsatz. Bei niedrigen Stückzahlen werden geschweißte oder verschraubte Konstruktionen bevorzugt, bei höheren Stückzahlen gegossene Gestelle.

Wichtige Eigenschaften der Gestellwerkstoffe sind der Elastizitätsmodul, die Dichte, der Wärmeausdehnungskoeffizient, die Wärmeleitfähigkeit, die Streckgrenze und die Werkstoffdämpfung, die Schwingungen des Gestells dämpft. Mineralguss zeichnet sich gegenüber metallischen Werkstoffen durch seine geringe Dichte und sehr hohe Dämpfung aus. Wegen der geringen Belastbarkeit müssen die Gestelle aber sehr massiv ausfallen. Von den metallischen Werkstoffen zeichnet sich das Gusseisen durch eine gute Dämpfung aus, weshalb es besonders häufig eingesetzt wird.

Stahl Gusseisen mit
Kugelgraphit
Gusseisen mit
Lamellengraphit
Mineralguss Aluminium
Elastizitätsmodul [105 N/mm²] 2,1 1,6 … 1,85 0,8 … 1,4 0,4 0,67 … 0,76
Spezifisches Gewicht [N/dm3] 78,5 74 72 23
Wärmeausdehnungskoeffizient [10−6/K] 11,1 9,5 9 10 … 20 21 … 24
Spezifische Wärmekapazität [J/(g·K)] 0,45 0,63 0,46 0,9 … 1,1 0,88 … 0,92
Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] 14 … 52 29 54 1,5 117 … 211
Streckgrenze [N/mm²] 400 … 1300 400 … 700 100 … 300 10 … 18
Werkstoffdämpfung [dimensionslos] 0,0023 0,0045 0,02

Fundament

Besonders bei großen Maschinen werden spezielle Fundamente wichtig, üblicherweise aus Beton mit 70 bis 90 Prozent der Gesamtmasse einer Maschine in eine Bodenform gegossen, weil diese durch ihre hohe Trägheit eine hohe Gesamtverwindungssteifigkeit garantieren und durch einen ruhigen Maschinenlauf die nötige Genauigkeit ermöglichen. Insbesondere bei schweren Werkstücken und/oder bei entsprechend hohen Arbeitskräften oder bei stoßartigen Belastungen wird eine entsprechend massive Auslegung des Maschinenfundaments wichtig, weil es sonst zwangsläufig zu Teilabsenkungen der Maschine kommt, womit die heute üblichen geometrischen Genauigkeiten nicht mehr im gesamten Arbeitsraum erreicht werden.

Führungen und Lagerungen

Hauptartikel: Lineartechnik

Führungen und Lagerungen begrenzen die Anzahl der Freiheitsgrade von Maschinenbauteilen. Geradführungen erlauben die Bewegung in einer linearen (translatorischen) Achse, Rundführungen oder Lagerungen erlauben eine Rotation und im Falle von Wellenführungen zusätzlich eine lineare Bewegung. Sie werden unterschieden nach ihrer Querschnittsform (z. B. Schwalbenschwanz- oder V-Führung) und nach der Art der Führungsflächentrennung in Magnetlager, Wälzführungen und Gleitführungen, die wiederum in hydrodynamische, hydro- und aerostatische Lagerungen eingeteilt werden. Führungen und Lagerungen sollen möglichst kleine Reibwerte haben, einem geringen Verschleiß unterliegen, eine gute Dämpfung aufweisen, um Schwingungen zu vermeiden, vor herabfallenden Spänen und anderen Teilen geschützt sein, möglichst spielfrei und wartungsarm sein und eine hohe Steifigkeit haben.

Die einfachste Ausführung ist ein hydrodynamisches Lager, bei dem die beiden Kontaktflächen mit Schmieröl benetzt sind. Erst ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit setzt die reibungsreduzierende Wirkung des Schmieröls ein (sogenannter Stick-Slip-Effekt). Bei einem hydrostatischen Lager wird mittels einer Pumpe Öldruck aufgebaut, der die Kontaktflächen auch trennt wenn sie in Ruhe sind. Bei aerostatischen Führungen gleitet das obere Bauteil auf einem Luftkissen. Die meisten Führungen werden als Wälzführungen ausgeführt, bei denen die Kontaktflächen durch runde Körper (meist Kugeln) getrennt sind.

Führungsart Bewegungsreibkoeffizient
μ k {\displaystyle \mu _{k}}
Startreibkoeffizient
μ p {\displaystyle \mu _{p}}
statische
Steifigkeit
Dämpfung
hydrodynamisch 0,05… 0,2 μ p > μ k {\displaystyle \mu _{p}>\mu _{k}} gut sehr gut
hydrostatisch 0,001… 0,0001 μ p = μ k {\displaystyle \mu _{p}=\mu _{k}} gut… hoch sehr gut
aerostatische 0,00001 μ p = μ k {\displaystyle \mu _{p}=\mu _{k}} gut… hoch schlecht
Wälzführung 0,01… 0,00001 μ p μ k {\displaystyle \mu _{p}\sim \mu _{k}} hoch schlecht

Antriebe

Hauptartikel: Antrieb
Getriebe zur Umwandlung einer rotatorischen Motorbewegung in eine translatorische Arbeitsbewegung. Eingesetzt bei Hobelmaschinen.

Zu den Antriebseinheiten zählen der Hauptantrieb, der für die Arbeitsbewegung zuständig ist, und die Vorschubantriebe für die Positionierung des Werkzeugs. Antriebe für alle übrigen Aufgaben wie Kühlschmierstofftransport, Späneförderer oder zur Erzeugung von Hydraulikdruck werden als Nebenantriebe bezeichnet. Anforderungen an Antriebe sind hohe Dynamik (vor allem Beschleunigungen), da sie die Wirtschaftlichkeit stark beeinflussen, hohe maximale Drehzahlen sowie ein großer und stufenlos einstellbarer Drehzahlbereich.

Hauptantrieb

3D-Schnittmodell einer Motorspindel.

Der Hauptantrieb besteht üblicherweise aus einem Motor, einem Getriebe, einer Sicherheitskupplung (im einfachsten Fall ein Keilriemen, der im Überlastfall durchrutscht) sowie der Hauptspindel als Träger des Werkzeuges bzw. Werkstückes. Andere Werkzeugmaschinen haben einen Direktantrieb, bei dem der Rotor des Elektromotors direkt auf der Hauptspindel sitzt (Motorspindel). In Anbetracht der großen Leistung der Antriebe, besonders beim Einsatz von Motorspindeln, ist es wichtig, die Verlustwärme gezielt abzuführen, um Ungenauigkeiten der Maschine durch die Wärmeausdehnung des Gestells zu vermeiden.

Als Motoren werden meist Drehstrommotoren eingesetzt (synchron oder asynchron). Gelegentlich kommen auch Gleichstrommotoren oder hydraulische beziehungsweise pneumatische Motoren zum Einsatz. Getriebe zur Drehmoment-Drehzahl-Wandlung sind oft stufenlose Getriebe wie Hüllgetriebe oder Reibradgetriebe. Getriebe zur Umwandlung der rotatorischen Motorbewegung in eine translatorische Bewegung sind Zahnstange-Ritzel-Systeme, Kugelgewindetriebe, Kurbelgetriebe oder Schraubgetriebe.

Nebenantriebe

Heute haben im Allgemeinen alle beweglichen Achsen eigene Vorschubantriebe. Sie sind entscheidend für die Arbeitsgenauigkeit der Maschine, sollen daher schnell und gleichförmig laufen und eine hohe Positioniergenauigkeit aufweisen. Sie werden eingeteilt in lineare Direktantriebe, die direkt eine translatorische Bewegung erzeugen, und rotatorische Antriebe, deren Bewegung erst durch ein Getriebe umgewandelt wird. Es kommen grundsätzlich die gleichen Getriebe zum Einsatz wie bei den Hauptantrieben. Nebenantriebe sind fast ausschließlich elektrisch; selten werden auch hydraulische Motoren genutzt.

Steuerung

Siehe auch: Schaltschrank

Steuerungen dienen der Automatisierung von Werkzeugmaschinen. Erste Steuerungen von Werkzeugmaschinen waren noch mechanisch umgesetzt, beispielsweise mit Kurvenscheiben. Heute werden sie elektrisch betrieben, z. B. mit Relais oder Halbleiterbauelementen. Spezielle Steuerungen für Werkzeugmaschinen sind die numerischen Steuerungen. Sie ermöglichen heute die Fertigung nahezu beliebig geformter Werkstücke. Hierfür sind gute Bahnsteuerungen nötig, die das Werkzeug entlang einer programmierten beliebig geformten Bahn führen.

Elektrische Steuerungen

Die elektrischen Steuerungen lesen alle Signale ein (z. B. über Taster oder Schalter, die vom Bediener betätigt werden, und über Temperatur-, Druck- oder Wegsensoren), verarbeiten sie und geben Signale an die zu steuernden Stellglieder (z. B. Motoren oder Anzeigedisplays). Sie werden einerseits nach der Realisierungsform eingeteilt in Verbindungsprogrammierte Steuerungen (VPS) und Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS) und andererseits nach dem Steuerungsprinzip in Verknüpfungs- und Ablaufsteuerungen. Bei einer VPS wird die Funktion durch die Verbindung der einzelnen Baugruppen (Relais) bestimmt. Sie werden insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt. Bei einer SPS dagegen wird die Funktion durch eine Software bestimmt, die in einem Speicher abgelegt ist. Sie machen den größten Teil der elektrischen Steuerungen aus und steuern meist direkt die Antriebe an, können aber auch mit anderen Maschinen kommunizieren (z. B. bei Transferstraßen) und bieten Schnittstellen zu den CNC-Steuerungen. Bei einer Verknüpfungssteuerung werden die Ausgangssignale durch logische Verknüpfung (logisches Und-Gatter, Oder-Gatter, Nicht-Gatter…) der Eingangssignale bestimmt. Sie werden beispielsweise für die Drehrichtungswahl eines Motors oder zur Ansteuerung eines Vorschubantriebs benutzt. Ablaufsteuerungen haben dagegen gezwungenermaßen einen schrittweisen Ablauf und sind bei Werkzeugmaschinen wesentlich bedeutender als die reinen Verknüpfungssteuerungen. Sie kümmern sich z. B. um das Wechseln der Werkzeuge.

Numerische Steuerungen

Numerische Steuerungen (eng.: numerical control, NC) sind spezielle Steuerungen für Werkzeugmaschinen, die wesentlich flexibler sind als die elektrischen. Sie zählen zu den Ablaufsteuerungen und geben die einzelnen Ablaufschritte in Form alphanumerischer Zeichen an. Ursprünglich wurden Lochstreifen zur Dateneingabe benutzt, aber recht bald auf Mikroprozessor-Technologie umgestellt (computerized numerical control, CNC). Heute sind beide Begriffe praktisch deckungsgleich. Ihre Hauptaufgabe ist die Bewegung des Werkzeuges entlang beliebig geformter Bahnen. Mit NC-Steuerungen ist es möglich, zwei oder mehr Achsen gleichzeitig anzusteuern und das Werkzeug z. B. auf einer Kreisbahn zu führen. Dazu zerlegt die Steuerung die Bahn in kleine Teilabschnitte und fährt der Reihe nach Punkte auf diesen Abschnitten an. Die Wege zwischen diesen Punkten werden interpoliert. Daraus werden Lagesollwerte für die Achsen berechnet, die an die Antriebe weitergegeben werden.

Die Programmierung kann im Büro durch die Arbeitsvorbereitung durchgeführt werden, oder direkt in der Werkstatt durch Bediener (Werkstattorientierte Programmierung, WOP). Simulationsprogramme helfen dabei, Kollisionen des Werkzeugs im Arbeitsraum zu vermeiden und berechnen selbstständig aus CAD-Daten die benötigten Verfahrwege sowie die Fertigungsdauer. Diese Daten können dann an ein übergeordnetes Produktionsplanungs- und -steuerungssystem weitergegeben werden. Die CNC-Programme können auch auf einem zentralen Leitrechner abgelegt sein, der die einzelnen Maschinen im Bedarfsfall mit den benötigten Programmen versorgt (Distributed Numerical Control, DNC). Weiterhin ist es möglich, die Schnittkraft zu überwachen, um den Werkzeugverschleiß zu berechnen und die Verformungen der Maschine teilweise auszugleichen. Moderne CNC-Steuerungen können sich auch um die Auftrags-, Paletten-, Werkzeug- und Standzeit­verwaltung kümmern.

Werkzeugspeicher und -wechsler

Werkzeugspeicher einer Fräsmaschine
Werkzeugrevolver

Werkzeugmaschinen sind häufig mit Werkzeugspeichern ausgestattet, aus denen je nach Bedarf Werkzeuge direkt oder über einen vollautomatischen Werkzeugwechsler in Arbeitsspindel oder Werkzeughalter eingewechselt werden können. Drehmaschinen besitzen häufig Revolver, die das benötigte Werkzeug nicht wechseln, sondern in die Arbeitsebene drehen. Bei modernen Werkzeugmaschinen wird zunehmend auch nach Ablauf einer programmierten Standzeit oder nach dem tatsächlichen Werkzeugverschleiß (über die Spindelmotoren gemessene Schnittkraft) selbstständig ein bereitgestelltes Ersatzwerkzeug eingewechselt, sodass solche Maschinen dann in Kombination mit automatischen Werkstückwechslern weitgehend unbeaufsichtigt Werkstücke bearbeiten können.

Messsysteme

Moderne Werkzeugmaschinen besitzen Messsysteme, die zur Erfassung der Lage z. B. des Werkzeug oder eines Achsschlittens dienen. Die dazu nötigen Winkel- und Längenmessungen erfolgen überwiegend optoelektronisch, z. B. mit Inkrementalgebern oder Absolutwertgebern auf drehenden Wellen und direkt die Position messenden Glasmaßstäben. Des Weiteren sind ohmsche, induktive, kapazitive, magnetische oder elektromagnetische Wirkprinzipien der Aufnehmer üblich.

Bei den Messeinrichtungen unterscheidet man direkte und indirekte Wegmesssysteme. Bei beiden Messsystemen werden über Sensoren die zurückgelegten Skalenabschnitte gezählt, und aus dieser Anzahl wird dann der zurückgelegte Weg errechnet. Bei indirekten Wegmesssystemen ist die Skala kreisförmig angeordnet, so dass das System die Winkeländerung der Gewindespindel misst und über die Steigung des Gewindes dann die Wegänderung berechnet. Bei den genaueren direkten Wegmesssystemen ist die Skala parallel zur Bewegungsrichtung angebracht, so dass die Länge der Abschnitte (multipliziert mit der Anzahl der gezählten Abschnitte) direkt dem zurückgelegten Weg entspricht.

Werkzeugaufnahmen

Um einen schnellen Werkzeugwechsel bei gleichzeitig hoher Genauigkeit zu gewährleisten, sind die Werkzeugaufnahmen (Schnittstelle Werkzeug-Spindel) genormt. Früher wurden für rotierende Werkzeuge überwiegend so genannte Steilkegel (SK), noch früher sogenannte Morsekegel (MK) verwendet. Heute werden aufgrund ihrer technologischen Vorteile vermehrt Hohlschaftkegel-Aufnahmen eingesetzt. Bei HSK-Aufnahmen erfolgt u. a. das Spannen auf der Innenkontur, wodurch das System für höhere Drehzahlen geeignet ist. Für alle Aufnahmesysteme gibt es jeweils Adapter zu den anderen Systemen, um in den oft gemischten Maschinenparks eine rationelle Werkzeugverwendung zu ermöglichen.

Werkstückwechsler

Moderne Fräsmaschinen und Bohrmaschinen haben oft zwei oder mehr Paletten zum Spannen der Werkstücke, die abwechselnd in den Arbeitsraum gebracht werden können. Dies erlaubt es, Spann-Operationen außerhalb des Arbeitsraumes vorzunehmen, während an der vorigen Palette die Bearbeitung stattfinden kann. Werden die Werkstücke wie beschrieben gemeinsam mit der Palette ausgewechselt, spricht man vom Palettenwechsler. Größere Werkstücke können mit Robotern ein- und ausgewechselt werden.

Ver- und Entsorgungseinrichtungen

Werkzeugmaschinen der spanenden Fertigung sind heutzutage überwiegend mit Kühlschmiereinrichtungen ausgestattet. Diese fördern meist eine Wasser-Öl-Emulsion in den Arbeitsbereich des Werkzeugs, sei es über Spritzdüsen an der Maschine, am Spindelkopf oder durch Düsen im jeweiligen Werkzeug. Das Kühlschmiermittel wird im Umlauf gefiltert. Im Zuge einer umwelt- und arbeitsplatzfreundlichen Fertigung wird jedoch heutzutage zunehmend auf die sogenannte Minimalmengenschmierung (MMS oder MMKS) umgestellt. Dabei wird eine sehr geringe Menge Kühlschmierstoff mit Luft vernebelt und auf die Wirkstelle gesprüht. Zu den Ver- und Entsorgungseinrichtungen zählt auch der Späneförderer, der die abgetrennten Späne aus dem Arbeitsraum heraus in einen Container fördert.

Maschineneinhausung und Sicherheitseinrichtungen

Werkzeugmaschinen haben heute meist eine Maschineneinhausung. Diese dient dem Schutz des Bedieners vor umher fliegenden Spänen, vor Kühlschmierstoff und vor der entstehenden Lärmbelastung sowie als Schutz vor Verletzungen an den bewegten Teilen und als Berstschutz (z. B. wenn ein Werkzeug bricht). Größere Maschinen und Anlagen sind durch Lichtschranken und Gitter geschützt.

Neben Eigenschaften, die die Wirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen beeinflussen, wie Leistung, Verfahrgeschwindigkeit, Werkzeugwechselzeit usw. gibt es auch Eigenschaften, die die Qualität des zu fertigenden Produktes beeinflussen. Diese sind:

Geometrische Genauigkeit

Die geometrische Genauigkeit gibt die Fertigungsqualität der unbelasteten Maschine an, also ohne Belastung durch Bearbeitungskräfte. Die erzielbare geometrische Genauigkeit ergibt sich im Wesentlichen aus der Fertigungsqualität der Werkzeugmaschine, dem Spiel und der Bauform. Man unterscheidet dabei zwischen Form- und Lageabweichungen.

Statische Steifigkeit

Die statische Steifigkeit oder Steifheit ergibt sich aus der geometrischen Statik (Wanddicken, Querschnitte) und den Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe. Weiterhin sind besonders Lage, Form und Anzahl von Fugen und Führungen (feste und bewegliche Verbindungen von Maschinenelementen) entscheidend für die erzielbare Steifigkeit. Statische Verformungen können durch die CNC-Steuerung ausgeglichen werden.

Dynamische Steifigkeit

Hauptartikel: Maschinendynamik und Modalanalyse

Die dynamische Steifigkeit einer Maschine ergibt sich aus ihren Verformungen bei zeitlich veränderlichen Kräften, die häufig Schwingungen hervorrufen. Sie haben einen negativen Einfluss auf die Werkstücke (vor allem Oberflächenrauigkeit) und Lebensdauer der Maschine und sind daher grundsätzlich unerwünscht. Da die dynamischen Verformungen im Gegensatz zu den statischen auch von der Frequenz der Anregung abhängen, können sie nicht so einfach korrigiert werden. Man unterscheidet zwischen selbsterregten und fremderregten Schwingungen, die sich wiederum in freie und erzwungene Schwingungen teilen.

Eine einmalige Anregung führt zu einer freien Schwingung mit Eigenfrequenz, die langsam abklingt.

Bei periodisch wiederkehrenden Anregungen ergibt sich eine erzwungene Schwingung mit der Frequenz der Anregung. Diese können über das Fundament in die Maschine eingeleitet werden, durch Unwuchten (z. B. des Motors), Zahneingriffsfehler der Getriebe, Lagerfehler oder verschlissene Werkzeuge erzeugt werden.

Selbsterregte Schwingungen entstehen aus dem Fertigungsprozess selbst. Die Maschine schwingt dann ebenfalls mit ihrer Eigenfrequenz, allerdings im Zeitablauf immer stärker. Dies kann durch Aufbauschneiden, Regenerativeffekte oder eine fallende Schnittgeschwindigkeits-Schnittkraft-Kennlinie verursacht werden.

Thermisches Verhalten

Das thermische Verhalten einer Werkzeugmaschine beschreibt die Reaktion auf Temperaturänderungen, vor allem die Lagenänderung des Werkzeuges relativ zum Werkstück. Es wird wesentlich von der Einwirkung von Wärmequellen und -senken nach Menge der Wärme und ihrer Lage beziehungsweise Anordnung beeinflusst. Man unterscheidet bei der thermischen Belastung zwischen inneren und äußeren Einflüssen. Innere Einflüsse werden z. B. durch Antriebsverluste in Antriebsmotoren, Pumpen, Lager, Führungen und im Hydrauliksystem ausgeübt oder durch Umform- bzw. Zerspanungswärme im Werkzeug, Werkstück, Späne und Kühlschmiermittel hervorgerufen. Äußere Einflüsse werden durch das Hallenklima (Temperaturverteilung, Temperaturschwankungen, Luftströmungen), durch direkte (einseitige) Wärmestrahlung (Sonne, Heizanlagen, benachbarte Anlagen) oder durch Wärmesenken (Fundamente, Frischluftströme durch Tore und Fenster) hervorgerufen.

Zur Steigerung der Genauigkeit und trotz der Bemühung, Temperaturschwankungen gering zu halten, ist es von Vorteil, Maschinen thermosymmetrisch aufzubauen. Thermosymmetrie bedeutet, dass sich Ausdehnungen gegenseitig aufheben. Dabei ist die zu erwartende Temperaturverteilung in den Bauteilen von Einfluss, sowie die Länge und der Ausdehnungskoeffizient. Mit der Kenntnis des Temperaturverhaltens der Werkzeugmaschine kann die thermische Ausdehnung in der CNC-Steuerung teils kompensiert werden.

An Werkzeugmaschinen werden aus Kunden- und Anwendersicht verschiedene Anforderungen gestellt. Die Maschine soll die geforderte Arbeitsgenauigkeit einhalten, die sich aus der geometrischen Genauigkeit und der statischen, dynamischen und thermischen Steifigkeit ergibt. Die Arbeitsgenauigkeit wird im Rahmen von Qualitätsmanagementsystemen durch die Maschinenfähigkeit beschrieben. Sie muss grundsätzlich besser sein als die geforderte Fertigungsgenauigkeit, die sich aus den Konstruktionsunterlagen ergibt.

Die Wirtschaftlichkeit einer Werkzeugmaschine ergibt sich größtenteils aus ihrer Produktivität. Sie kann erhöht werden durch die Reduzierung von Nebenzeiten, Hauptzeiten und Rüstzeiten. Bearbeitungszentren und Fertigungszellen können beispielsweise zeitgleich zur Bearbeitung bereits weitere Werkzeuge und Werkstücke vorbereiten und so Rüst- und Nebenzeiten einsparen. Die Hauptzeit wird vor allem durch eine Erhöhung der Schnittgeschwindigkeit (bei spanenden Maschinen) verringert. Da die Lebenszyklen vieler Produkte kürzer sind als die Lebensdauer der Maschinen, sollen sie ein größeres Spektrum von Werkstücken bearbeiten können. Dies beinhaltet Unterschiede in der Geometrie und den verwendeten Werkstoffen. Bei den Kosten sind nicht nur die Beschaffungskosten wichtig, sondern auch die Betriebs- und Entsorgungskosten. Die gesamten Kosten können mit dem Total-Cost-of-Ownership-Ansatz abgeschätzt werden. Die Betriebskosten ergeben sich aus dem spezifischen Energie-, Werkzeug- und Hilfsstoffverbrauch. In der Betriebswirtschaft existiert mit der Gutenberg-Produktionsfunktion ein Modell zur Optimierung des spezifischen Verbrauchs. Mindestanforderungen an Arbeitsschutz und Umweltschutz werden gesetzlich reglementiert.

In Werkzeugmaschinen ist ein großer Teil des Kapitals von Unternehmen gebunden. Für die Beschaffung bietet die Investitionsrechnung ein bewährtes Instrumentarium an. In der Kostenrechnung werden die Inanspruchnahme der Maschinen durch die Fertigung mit Maschinenstundensätzen errechnet. Während sich die Anlagenwirtschaft mit der Beschaffung, Instandhaltung und Veräußerung der Maschinen beschäftigt, geht es in der Maschinenbelegungsplanung um das optimale Betreiben.

Kinematik einer Werkzeugmaschine beziehungsweise eines Roboters nennt sich die Organisation und technische Ausführung der Bewegungen von Werkzeug und Werkstück. Die Bewegungsrichtungen werden je nach Aufbau der Maschine in Bewegungsachsen zerlegt.

Serielle Kinematik

Die serielle Kinematik bezeichnet den klassischen Aufbau einer kinematischen Kette: Eine Baugruppe, die nur für den Antrieb in einer Bewegungsachse zuständig ist, setzt eine zweite mit einer anderen Bewegungsachse in Bewegung, und es können sich weitere anschließen, bis die gewünschte Gesamtbewegung erreicht ist. Einen Spezialfall dieser Kinematik stellt die so genannte kartesische Kinematik dar. Hier werden alle Vorschubachsen senkrecht zueinander angeordnet, um so die Koordinaten in einem kartesischen Koordinatensystem auf mechanisch möglichst einfache Weise zu erreichen. Dabei wird meist jede Vorschubachse nach der entsprechenden Koordinatenachse (im Dreidimensionalen beispielsweise X, Y und Z) benannt.

Beispiel Konsolenfräsmaschine: Auf dem Maschinenständer bewegt sich das Spindelgehäuse, mit einem vorne angebauten Schwenkkopf als Träger des Fräswerkzeugs, in einer Führung vor und zurück in der Maschinenachse Y. Der Aufspanntisch bewegt sich auf der Konsole nach links und rechts in der Maschinenachse X. Die Konsole bewegt sich mit dem aufliegenden Aufspanntisch am Maschinenständer auf und ab und bildet die Maschinenachse Z.

Parallelkinematik

Eine Parallelkinematik bezeichnet eine Kinematik mit parallel geschalteten Bewegungsachsen. Dadurch wird vermieden, dass ein Antrieb den nächstfolgenden bewegen muss. Häufig werden hier parallele Stabkinematiken eingesetzt.

Die Realisierung dieses kinematischen Prinzips bei Werkzeugmaschinen ist wegen der vielversprechenden geometrischen Eigenschaften seit über 20 Jahren im Fokus von Forschungsprojekten für Werkzeugmaschinen. Bis heute gibt es aber keinen nennenswerten Einsatz in der Produktion, die traditionell von Maschinen mit serieller Kinematik dominiert wird. Vorteil von parallelen Kinematiken ist in der Regel eine höhere Dynamik wegen der geringen Masse der Führungselemente, welche – im Gegensatz zu einer seriellen Kinematik – die Belastungen gleichmäßig(er) auf alle Führungselemente aufteilen.

(Parallele) Stabkinematik

Eine typische Konfiguration eines Hexapods als Plattform

Im Gegenteil zur seriellen Kinematik arbeitet die (parallele) Stabkinematik über die Veränderung der Distanzen von Punkten eines beweglichen Objekts (Werkzeugs) zu vordefinierten festen Punkten im Raum. Dabei wird die Raumposition (und Lage) eines beweglichen Objekts nicht anhand eines vektorbasierten Koordinatensystems (also eines Nullpunkts sowie N nicht parallelen Vektoren um Bewegungen in N Dimensionen zu kodieren) beschrieben, sondern anhand der Distanzen zwischen Objekt-Raum-Punkt-Paaren.

Typischerweise sind hier zum Beispiel für eine reine Positionsangabe (ohne Rotationsachsen) in einem Raum mit N Dimensionen N + 1 Distanzangaben zu N + 1 distinkten Raumpunkten notwendig. In der Praxis schließt jedoch das Maschinendesign häufig Teile des theoretisch erreichbaren Raumes aus, womit oft nur N Distanzangaben zu N Punkten für eine mehrdeutigkeitsfreie Positionsangabe notwendig sind. So kann zum Beispiel ein so genannter Tripod mit nur drei Armen problemlos einen vordefinierten Bereich eines dreidimensionalen Raums erreichen.

Eine genaue Positionierung wird so über die Längenveränderung von mehreren Teleskoparmen erreicht, welche alle an einem Ende in einer zueinander unbeweglichen Position verankert sind und an ihrem anderen Ende mit dem zu positionierenden Objekt.

Beispiel: Hexapoden

Hauptartikel: Hexapod

Bei sogenannten Hexapoden (Hexa griech. Zahlen: Sechs, pod griech.: Fuß) arbeiten alle Vorschubantriebe in Parallelschaltung gleichzeitig miteinander, um die gewünschte Bewegung eines Werkzeugs im Raum und gleichzeitig eine gewünschte Neigung der Werkzeugaufnahme beziehungsweise des Werkzeugs zu erzeugen.

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Fachliteratur

Wörterbücher

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Bücher zur Geschichte der Werkzeugmaschinen

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  3. H. K. Tönshoff: Werkzeugmaschinen. Springer, Berlin 1995, S. 1f.
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  5. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, ISBN 3-446-16242-9, S. 25–95.
  6. Günter Spur: Produktionstechnik im Wandel. 1979, S. 116f–118, 64–89.
  7. Günter Spur: Produktionstechnik im Wandel. 1979, S. 116–138.
  8. Günter Spur: Produktionstechnik im Wandel. 1979, S. 140, 176–183.
  9. Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen. Carl Hanser Verlag, München/ Wien 1991, ISBN 3-446-16242-9, S. 313–330, 424–430.
  10. Hans-Jürgen Warnecke: Die Fraktale Fabrik. Springer, 1992, ISBN 3-540-55200-6, S. 14–19.
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Werkzeugmaschine
werkzeugmaschine, maschine, fertigung, werkstücken, unter, fixierung, werkstücks, geführter, werkzeugbewegung, sprache, beobachten, bearbeiten, sind, maschinen, fertigung, werkstücken, werkzeugen, deren, bewegung, zueinander, durch, maschine, vorgegeben, wird,. Werkzeugmaschine Maschine zur Fertigung von Werkstucken unter Fixierung des Werkstucks und gefuhrter Werkzeugbewegung Sprache Beobachten Bearbeiten Werkzeugmaschinen sind Maschinen zur Fertigung von Werkstucken mit Werkzeugen deren Bewegung zueinander durch die Maschine vorgegeben wird 1 Zu den wichtigsten Vertretern zahlen Dreh und Frasmaschinen Erodiermaschinen sowie mechanische Pressen und Maschinenhammer zum Schmieden Historische Walzfrasmaschine zur Zahnradherstellung als Beispiel fur eine Werkzeugmaschine Eine moderne Werkzeugmaschine im Arbeitseinsatz mit Spritzdusen fur das Kuhlschmiermittel Zu ihrer Einteilung gibt es die Normen DIN 8580 ff Verfahren und DIN 69 651 Teil 1 Metallbearbeitung die inhaltlich aufeinander Bezug nehmen Werkzeugmaschinen zahlen zu den Arbeitsmaschinen und zusammen mit den Werkzeugen Vorrichtungen Messmitteln und Prufmitteln zu den Betriebsmitteln Wegen ihrer Vielfalt werden sie nach verschiedenen Kriterien eingeteilt nach dem zugrunde liegenden Fertigungsverfahren in umformende und trennende im Wesentlichen zerteilende spanende und abtragende sowie fugende Maschinen nach aufsteigendem Automatisierungsgrad in konventionelle Maschinen Automaten CNC Maschinen Bearbeitungszentren flexible Fertigungszellen flexible Fertigungssysteme flexible Transferstrassen und konventionelle Transferstrassen Moderne Werkzeugmaschinen sind meist modular aufgebaut Zu den wichtigsten Baugruppen zahlen das Gestell der Antrieb die Fuhrungen und die Steuerung Als weitere Baugruppen gibt es Fundamente Werkzeugspeicher und wechsler Werkzeugaufnahmen Werkstuckwechsler Messsysteme sowie Ver und Entsorgungseinrichtungen Vorlaufer der Werkzeugmaschinen gab es moglicherweise schon in der Steinzeit die ersten Werkzeugmaschinen im modernen Sinne entstanden aber erst zu Beginn der industriellen Revolution in England und breiteten sich recht schnell in allen Industriestaaten aus Zunachst wurden mehrere Maschinen von einer einzelnen Dampfmaschine angetrieben ab etwa 1900 bekam jede Maschine einen eigenen elektrischen Antrieb Seit Mitte des 20 Jahrhunderts ist ihre Weiterentwicklung vor allem durch Automatisierung und Flexibilisierung gepragt Inhaltsverzeichnis 1 Definitionen 1 1 Definition nach Otto Kienzle 1 2 Definition nach DIN 69 651 2 Geschichte 2 1 Fruhe Vorlaufer 2 2 Wahrend der industriellen Revolution 2 2 1 Entwicklung wichtiger Maschinentypen 2 2 2 Einflusse 2 3 Die zweite industrielle Revolution 2 4 Wissenschaftliche Erforschung 2 5 Dritte industrielle Revolution 3 Einteilung der Werkzeugmaschinen 3 1 Einteilung nach Fertigungsverfahren 3 2 Einteilung nach Automatisierungsgrad 4 Baugruppen von Werkzeugmaschinen 4 1 Gestell 4 2 Fundament 4 3 Fuhrungen und Lagerungen 4 4 Antriebe 4 4 1 Hauptantrieb 4 4 2 Nebenantriebe 4 5 Steuerung 4 5 1 Elektrische Steuerungen 4 5 2 Numerische Steuerungen 4 6 Werkzeugspeicher und wechsler 4 7 Messsysteme 4 8 Werkzeugaufnahmen 4 9 Werkstuckwechsler 4 10 Ver und Entsorgungseinrichtungen 4 11 Maschineneinhausung und Sicherheitseinrichtungen 5 Eigenschaften von Werkzeugmaschinen 5 1 Geometrische Genauigkeit 5 2 Statische Steifigkeit 5 3 Dynamische Steifigkeit 5 4 Thermisches Verhalten 6 Anforderungen und wirtschaftliche Beurteilung 7 Kinematik 7 1 Serielle Kinematik 7 2 Parallelkinematik 7 2 1 Parallele Stabkinematik 7 2 2 Beispiel Hexapoden 8 Siehe auch 9 Weblinks 10 Literatur 10 1 Fachliteratur 10 2 Worterbucher 10 3 Bucher zur Geschichte der Werkzeugmaschinen 11 EinzelnachweiseDefinitionen BearbeitenEs existieren mehrere Definitionen fur Werkzeugmaschinen Sie bieten aber nur einen mehr oder weniger groben Anhaltspunkt welche Maschinen zu den Werkzeugmaschinen gehoren Vor allem urformende oder fugende Maschinen werden nur teilweise dazugezahlt Definition nach Otto Kienzle Bearbeiten Eine haufig herangezogene Definition fur Werkzeugmaschinen stammt von dem Ingenieur und Hochschullehrer Otto Kienzle von dem auch die Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580 stammt Nach seinem Tod 1969 wurde sie erweitert um den Stand der Technik besser abzubilden Eine Werkzeugmaschine ist eine Arbeitsmaschine die ein Werkzeug am Werkstuck unter gegenseitiger bestimmter Fuhrung zur Wirkung bringt Kienzle Sie ubernimmt die Werkzeug und Werkstuckhandhabung und das Aufnehmen Verarbeiten und Ruckfuhren von Informationen uber den Fertigungsvorgang Erweiterung 2 Diese knappe Definition grenzt Werkzeugmaschinen gegenuber einer Vielzahl ahnlicher Maschinen ab 3 Durch die Bezeichnung Arbeitsmaschine werden alle Kraftmaschinen ausgeschlossen die der Erzeugung oder Umwandlung von Energie dienen wie Generatoren Motoren oder Getriebe Werkzeugmaschinen dienen der Herstellung und Bearbeitung von Werkstucken Dieser Teil der Definition dient als Abgrenzung zu verfahrenstechnischen Maschinen die Fliessguter produzieren und gegenuber vielen anderen Arten von Maschinen wie Buchbinde oder Brotschneidemaschinen Werkzeugmaschinen verwenden Werkzeuge Dabei kann es sich um Bohrer Fraswerkzeuge und Meissel handeln um Wasser Laser und Elektronenstrahlen oder um die Flamme eines Brenners Sie wenden dabei alle moglichen Fertigungsverfahren an Werkstuck und Werkzeug mussen durch die Werkzeugmaschine gegenseitig bestimmt gefuhrt werden Die Lage von Werkzeug und Werkstuck zueinander sowie ihre Bewegungen werden also durch die Maschine bestimmt und nicht durch den Menschen Dies dient als Abgrenzung gegenuber motorisch angetriebenen aber per Hand gefuhrten Werkzeugen wie Bohrschraubern Stichsagen oder Winkelschleifern Flex Definition nach DIN 69 651 Bearbeiten In der DIN 69 651 werden Werkzeugmaschinen definiert als mechanisierte und mehr oder weniger automatisierte Fertigungseinrichtung die durch relative Bewegung zwischen Werkstuck und Werkzeug eine vorgegebene Form am Werkstuck oder eine Veranderung einer vorgegebenen Form an einem Werkstuck erzeugt 4 Geschichte BearbeitenSiehe auch Geschichte der Produktionstechnik Nachempfindung einer steinzeitlichen Fidelbohrmaschine Fruhe Vorlaufer Bearbeiten Aufgrund der sauber gebohrten Locher in steinzeitlichen Steinaxten wurde seit der Grunderzeit daruber spekuliert dass es vor 6000 Jahren sogenannte Fidelbohrmaschinen gegeben haben konnte bei denen die Sehne eines Bogens um den Bohrer geschlungen wird der in ein Gestell eingespannt ist Durch Hin und Herbewegen des Bogens kann man den Bohrer in alternierende Drehungen versetzen Eine solche Vorrichtung wurde schon alle Merkmale einer Werkzeugmaschine erfullen Archaologische Nachweise fehlen jedoch sodass es moglich ist dass diese nachgebauten Bohrmaschinen den im 19 Jahrhundert gangigen Werkzeugmaschinen nachempfunden sind In der Antike kamen erste Drehbanke sowie Schleif und Bohrmaschinen auf die durch Wasserkraft oder durch Tiere im Gopel angetrieben wurden Das Werkzeug wurde hier allerdings noch per Hand gefuhrt In der Renaissance entwickelte Leonardo da Vinci Maschinen zur Herstellung verschiedener Werkstucke Darunter waren Bohrmaschinen Feilenhaumaschinen Maschinen zum Gewindeschneiden oder Zylinderschleifen 1771 wurde die erste Kopierdrehmaschine entwickelt deren Werkzeug schon von der Maschine selbst entlang einer definierten Bahn gefuhrt wurde 5 Wahrend der industriellen Revolution Bearbeiten Dreharbeiten wahrend der industriellen Revolution An der Decke sind die Transmissionswellen zu erkennen Siehe auch Technik in der Industrialisierung Werkzeugmaschinen waren Voraussetzung fur die Herstellung leistungsfahiger Dampfmaschinen In der Folge diente die Dampfmaschine als Antrieb fur zahlreiche Werkzeugmaschinen in den neu entstehenden Fabriken Die atmospharische Kolbendampfmaschine wurde bereits 1712 von Thomas Newcomen erfunden Beim Bau der benotigten Zylinder von etwa einem Meter Durchmesser und zwei Metern Lange stiess man jedoch an die Grenzen der damaligen Maschinen Eine Massabweichung von zwei Zentimetern galt als gutes Ergebnis 1775 gelang John Wilkinson der Bau einer Horizontal Bohrmaschine die zuverlassig eine Abweichung von wenigen Millimetern einhalten konnte Durch Bohrung von Zylindern in Eisen ermoglichte sie den Bau von Dampfmaschinen nach der von James Watt erdachten Konstruktion die einen wesentlich hoheren Wirkungsgrad aufwies Wegen einer anhaltenden Nachfrage nach Maschinen zunachst im Textilgewerbe spater auch in vielen anderen Bereichen breitete sich die Dampfmaschine schnell aus Die damit verbundenen technischen und gesellschaftlichen Umwalzungen werden als erste industrielle Revolution bezeichnet Entscheidend fur den Einsatz von Werkzeugmaschinen statt der bisher ublichen Handarbeit war die Forderung nach hoher Genauigkeit Von einer zentralen Dampfmaschine aus fuhrten Transmissionswellen durch die Maschinenhallen Von dort wurde die Energie uber Lederriemen zu den einzelnen Maschinen weitergeleitet Im Laufe der Industriellen Revolution kam es zu Weiterentwicklungen auf vielen Gebieten der Produktionstechnik die sich gegenseitig befruchteten und vorantrieben Durch die Verwendung von Steinkohle statt Holzkohle wurde es moglich Gussstahl herzustellen der bald fur Werkzeuge und Gestelle von Werkzeugmaschinen verwendet wurde die dadurch genauer wurden Durch den vermehrten Einsatz von Eisen als Werkstoff stieg wiederum die Nachfrage nach Werkzeugmaschinen 6 Entwicklung wichtiger Maschinentypen Bearbeiten Saulenbohrmaschine mit Transmissionsantrieb Als besonders wichtig fur die industrielle Produktion erwies sich die Drehmaschine Sie wurde von dem Briten Henry Maudslay entscheidend verbessert Er baute die erste Drehmaschine mit einem Werkzeughalter der uber Kurbeln bewegt werden konnte Support mit Vorschub Vorher wurden die Werkzeuge noch per Hand gefuhrt sodass das Arbeitsergebnis stark von der Geschicklichkeit und Erfahrung des Arbeiters abhing Durch die Entwicklung Maudslays wurden die Maschinen genauer hatten eine hohere Arbeitsleistung waren weniger anstrengend zu bedienen und zu ihrer Bedienung war weniger Vorbildung notig Vor allem letzteres war entscheidend fur die schnelle Ausbreitung der neuen Technologie da erfahrene Dreher so selten waren dass es in England zu einem Auswanderungsverbot fur sie kam Maudslay erfand auch eine Drehmaschine zur Herstellung von Schrauben und Gewinden Zuvor wurden sie per Hand gefertigt was zur Folge hatte dass jedes Gewinde individuell war Durch die erhohte Genauigkeit der Maschinen wurde es erstmals moglich Schrauben so genau herzustellen dass sie untereinander austauschbar waren Weitere Verbesserungen stammen von den beiden Schulern Maudslays Richard Roberts und James Fox sowie Joseph Whitworth Fur eine schnellere Bearbeitung wurden Maschinen mit mehreren Werkzeugen entwickelt die gleichzeitig im Einsatz waren 1845 baute der Amerikaner John Fitch aus Connecticut die erste Revolverdrehmaschine bei der sich mehrere Werkzeuge in einem Revolver befinden und sich somit schnell wechseln lassen Gegen Ende des 18 Jahrhunderts wurden in Amerika die ersten mechanisch gesteuerten Drehautomaten gebaut Zwischen 1800 und 1840 wurden die Saulen und Standerbohrmaschinen von Whitworth und William Fairbairn entwickelt Auf der Pariser Weltausstellung 1867 wurde erstmals der Spiralbohrer gezeigt Es dauerte allerdings wegen des hohen Preises trotz grosser Vorteile bis 1890 bis er sich gegen den Spitzbohrer durchsetzen konnte Erste Konstruktionen fur Hobelmaschinen stammen noch von Maudslay sein Schuler Roberts baute die erste Variante mit mechanischem Vorschub Die erste amerikanische Hobelmaschine wurde 1833 von Gay Silver amp Co angeboten Johann von Zimmermann einer der Begrunder des deutschen Werkzeugmaschinenbaus erhielt eine Auszeichnung auf der Weltausstellung London 1862 fur seine Hobelmaschine Die Frasmaschine von Eli Whitney Das erste Fraswerkzeug wird Jacques Vancanson nachgesagt die alteste noch erhaltene Frasmaschine stammt von dem Amerikaner Eli Whitney aus Connecticut der sie in der Waffenproduktion einsetzte Von dem Amerikaner Joseph Brown stammt die erste automatische Universalfrasmaschine von 1860 Bis etwa 1900 waren auch Maschinen zum Frasen von Zahnradern technisch ausgereift Infolge der erhohten Genauigkeitsanspruche vor allem im Modell und Waffenbau gewann das Schleifen an Bedeutung Die erste Schleifmaschine fur die Metallbearbeitung von 1833 wird Alfred Krupp zugeschrieben 1853 erhielten Hiram Barker und Francis Holt ein Patent fur eine Maschine zum Schleifen von Messingkugeln die fur Ventile in Dampflokomotiven benotigt wurden 1855 baute W Muir amp Co in Manchester eine Werkzeugschleifmaschine fur Messer und Klingen 1842 konstruierte der Englander James Nasmyth einen dampfgetriebenen Schmiedehammer Durch den Kolben der Dampfmaschine wurde der Hammerbar das Werkzeug angehoben und auf das Werkstuck fallen gelassen Dadurch wurden Schmiedestucke bisher ungeahnter Grosse moglich Alfred Krupp baute einen Riesendampfhammer mit 30 Tonnen Fallgewicht mit dem man Gussstahlblocke von bis zu 2 5 Tonnen bearbeiten konnte 1860 gab es erste hydraulische Schmiedehammer Gegen Ende des 19 Jahrhunderts wurden erste Gesenkschmiedemaschinen entwickelt Bis etwa 1900 war die Entwicklung der klassischen Werkzeugmaschinen und der entsprechenden Fertigungsverfahren im Wesentlichen beendet Fast alle heute bekannten Typen waren vorhanden 7 Einflusse Bearbeiten Die Entwicklung der Werkzeugmaschinen wurde durch gesellschaftliche organisatorische und technische Voraussetzungen beeinflusst andererseits ermoglichte oft erst ein bestimmter Entwicklungsstand der Maschinen diese Einflusse Adam Smith zeigte durch sein beruhmtes Beispiel der Stecknadelproduktion dass durch arbeitsteilige Produktionsprozesse die Produktivitat erheblich erhoht werden konnte Ein einzelner ungelernter Arbeiter kann an einem Tag nur wenige Stecknadeln herstellen Wird die Arbeit aufgeteilt in mehrere Handgriffe Drahtziehen Abzwicken Zuspitzen etc so konnen beispielsweise funf Arbeiter tausende von Stecknadeln an einem Tag herstellen Fur einzelne Werkstucke wie Nadeln liess sich so eine Serien oder Massenproduktion verwirklichen Fur die Produktion mehrteiliger Guter wie Maschinen oder Waffen musste man allerdings sicherstellen dass die einzelnen Teile untereinander austauschbar waren Diese Produktionsweise wird als Austauschbau bezeichnet und wurde unter anderem von Eli Whitney verwirklicht der einen Auftrag uber 10 000 Musketen in nur zwei Jahren fertigstellte An die Werkzeugmaschinen wurden immer hohere Genauigkeitsanforderungen gestellt andererseits ermoglichte diese Genauigkeit erst die Massenproduktion von Maschinen und Waffen In Amerika herrschte im 19 Jahrhundert ein Mangel an Arbeitskraften vor allem an qualifizierten Man war daher bestrebt jede menschliche Arbeit so weit wie moglich durch Maschinen zu ersetzen die moglichst einfach zu bedienen waren und moglichst schnell arbeiteten Die Methoden der Arbeitsteilung wurden um 1900 von Frederick Winslow Taylor durch seine Wissenschaftliche Betriebsfuhrung verfeinert Henry Ford perfektionierte Anfang des 20 Jahrhunderts die Massenproduktion durch konsequente Anwendung der Prinzipien Taylors und die Einfuhrung der Fliessbandfertigung Zu Lebzeiten war Taylor allerdings fur eine andere Erfindung bekannt geworden den Schnellarbeitsstahl Mit ihm konnte die Schnittgeschwindigkeit von spanenden Werkzeugmaschinen etwa auf das Dreifache erhoht werden Die Antriebe und Gestelle der vorhandenen Maschinen waren aber fur derart hohe Leistungen nicht ausgelegt sodass neue konstruiert werden mussten die wegen der hohen Produktivitat regen Absatz fanden 8 Die zweite industrielle Revolution Bearbeiten Gegen Ende des 19 Jahrhunderts waren die Maschinen prazise genug um brauchbare Dampfturbinen herzustellen Um die Jahrhundertwende wurden erste Kraftwerke zur Erzeugung elektrischer Energie in Betrieb genommen Genutzt wurden sie zunachst vor allem fur die Strassenbeleuchtung Die Entwicklung von Verbrennungs und Elektromotoren ermoglichte es im Laufe der zweiten industriellen Revolution jede Maschine mit einem eigenen Antrieb auszustatten die nun nicht mehr auf in der Nahe befindliche Dampfkessel angewiesen waren Diese Umstellung vollzog sich in mehreren Phasen In den Fabriken herrschte immer noch das Prinzip der Transmissionswellen vor Beim Zu oder Abschalten von Grossmaschinen kam es bei den ubrigen Maschinen zu ruckartigen Stossen die das Arbeitsergebnis verschlechterten Daher rustete man zunachst die grossten Maschinen mit einem eigenen Antrieb aus und betrieb die restlichen noch mehrere Jahre uber Transmissionen In der zweiten Phase wurden die zentralen Dampfkessel durch zentrale Elektromotoren ersetzt die nun die Transmissionswellen antrieben Erst in der dritten Phase bekam jede Maschine einen eigenen Motor als Antrieb Begunstigt wurde der Ubergang zum Einzelantrieb durch die Entwicklung des Schnellarbeitsstahls Um seine Potenziale ausnutzen zu konnen wurden neue Maschinen benotigt Durch den Wegfall der Transmissionen die einen schlechten Wirkungsgrad besassen wurde nun deutlich weniger Energie verbraucht Spater bekamen Werkzeugmaschinen fur jede Vorschubachse einen eigenen Motor Zeitgleich wurden die Maschinen immer starker automatisiert zunachst durch Weiterentwicklung der mechanischen Steuerungen spater mit einfachen elektrischen Steuerungen oder Lochkarten Fuhrend waren in dieser Entwicklung vor allem die USA und Japan Wissenschaftliche Erforschung Bearbeiten Siehe auch Geschichte der Ingenieurwissenschaften Erste technische und naturwissenschaftliche Schulen und Akademien wurden im Laufe des 18 Jahrhunderts gegrundet Gegen Ende des Jahrhunderts wurde die erste Schule eines neuen Typs eroffnet die Polytechnische Schule in Paris Nach ihrem Vorbild entstanden in Frankreich und im deutschsprachigen Raum viele weitere Schulen die im Laufe des 19 Jahrhunderts zu technischen Hochschulen aufgewertet wurden In der ersten Halfte des Jahrhunderts konzentrierte man sich noch auf die sogenannte Mechanische Technologie einen Vorlaufer der heutigen Fertigungstechnik Karl Karmarsch Direktor der polytechnischen Schule und spateren Universitat in Hannover verfasste ein Buch uber das System der Mechanischen Technologie und legte eine in Forschung und Lehre bedeutende Werkzeugsammlung an Sein Nachfolger Hermann Fischer gab 1900 ein Buch uber Werkzeugmaschinenkunde heraus in dem er vorhandene Maschinen klassifizierte und beschrieb aber auch auf die Bedienung und die Bedeutung der Haupt und Nebenzeiten einging Das Gebiet der Produktionstechnik bildete damals noch eine Einheit Erforscht wurden schwerpunktmassig die Fertigungsverfahren aber auch Werkzeugmaschinen sonstige Maschinen wie Bergbau oder Textilmaschinen Rechnungswesen fur die Ermittlung der Selbstkosten und das Planen und Betreiben von Fabriken Zu Beginn des 20 Jahrhunderts wurden erste Lehrstuhle gegrundet die sich nur noch mit Werkzeugmaschinen beschaftigten Um etwa 1900 kehrte sich auch das Verhaltnis zwischen Wissenschaft und Praxis um Wahrend der industriellen Revolution waren es findige Unternehmer die die Werkzeugmaschinen immer weiter verbesserten die Wissenschaft konnte den Prozess nur beschreibend begleiten Seit 1900 wurde ein besseres theoretisches Verstandnis der Produktion zur Voraussetzung fur den technischen Fortschritt Zunachst versuchten sich einige Unternehmen wie die in dieser Hinsicht als vorbildlich geltende Ludwig Loewe AG oder Taylor selbst an der Forschung stiessen aber bald an ihre Grenzen Bis heute wird ein grosser Teil der Produktionsforschung gemeinsam von Hochschulen Forschungsinstituten und der Industrie betrieben In Amerika und England wurden technische Schulen und Hochschulen erst mit mehreren Jahrzehnten Verzogerung gegrundet und auch zahlenmassig waren es eher wenige Die bekannteste ist das Massachusetts Institute of Technology Gegen 1900 machte sich in den angelsachsischen Landern daher ein breiter Mangel an gut ausgebildeten Ingenieuren bemerkbar 9 Dritte industrielle Revolution Bearbeiten Um 1950 wurde am Massachusetts Institute of Technology MIT die Numerische Steuerung entwickelt die es ermoglichte mit Rechnern komplexe Geometrien zu frasen Allein die fur die Steuerung benotigte Hardware war allerdings schon teurer als eine konventionelle Werkzeugmaschine Dazu kam noch der hohe Aufwand fur die Programmierung sodass sich numerische Steuerungen zunachst nicht durchsetzen konnten Die Entwicklung des Mikroprozessors Anfang der 1970er Jahre ermoglichte es in der dritten industriellen Revolution jede Maschine mit einem eigenen Rechner auszustatten der die kostengunstige Anwendung numerischer Steuerungen ermoglichte 10 Auch die Programmierverfahren wurden vereinfacht sodass sich die neue Technologie schnell ausbreitete Ihre Vorteile sind einerseits die Moglichkeit beinahe beliebig geformte Geometrien zu erzeugen und andererseits die hohe Flexibilitat Fur die Produktion eines weiteren Produkttyps musste man nur noch ein neues Programm in den Speicher laden Dadurch wurden die Produktionskosten fur Einzelteile und Kleinserien erheblich verringert Verstarkt wurde dieser Effekt durch die Entwicklung der ersten Bearbeitungszentren BAZ die mehrere Fertigungsverfahren in sich vereinen Fruher musste man Werkstucke oft zuerst auf einer Drehmaschine drehen um sie dann auf einer Frasmaschine weiterzubearbeiten Mit einem Bearbeitungszentrum das beide Verfahren beherrscht entfallen das Umspannen und der Werkstucktransport zwischen beiden Maschinen Durch die Entwicklung der numerischen Steuerungen und der Materialfluss und Handhabungstechnik wurden die ersten Flexiblen Fertigungssysteme moglich Bei ihnen sind mehrere gleiche oder verschiedenartige Maschinen durch Transporteinrichtungen z B die neuen Industrieroboter verbunden die fur jedes Werkstuck einen individuellen Weg durch das System ermoglichen Ab jetzt konnte man auch mittelgrosse Serien kostengunstig fertigen Durch den Robotereinsatz bei Fertigungsstrassen wurden diese ebenfalls flexibler In den letzten Jahrzehnten des 20 Jahrhunderts waren Deutschland und Japan sowie die USA fuhrend auf dem Weltmarkt 11 12 2013 war China sowohl der grosste Produzent als auch Abnehmer weltweit gefolgt von Japan und Deutschland 13 Wahrend China netto noch Werkzeugmaschinen importiert haben Japan und Deutschland einen deutlichen Exportuberschuss Weitere wichtige Herstellernationen sind Italien Taiwan Sudkorea die USA und die Schweiz Wichtigste Abnehmerbranchen sind der Maschinenbau mit etwa einem Drittel der Produktion und die Automobilbranche mitsamt Zulieferern mit einem weiteren Drittel Einteilung der Werkzeugmaschinen BearbeitenSiehe auch Liste der Werkzeugmaschinen Werkzeugmaschinen zahlen zusammen mit den Werkzeugen Vorrichtungen Mess und Prufmitteln zu den Betriebsmitteln Sie haben unterschiedlichste Erscheinungsformen und werden daher nach verschiedenen Kriterien eingeteilt Die erste Moglichkeit besteht in Einzweckmaschinen mit denen nur ein stark eingeschranktes Werkstuckspektrum moglich ist wie mit Walzfrasmaschinen zum Walzfrasen oder Zahnrad Formschleifmaschinen und Universalmaschinen mit denen sich verschiedene Werkstuckformen fertigen lassen Sie werden meist nach dem Fertigungsverfahren benannt fur das sie hauptsachlich konzipiert wurden wie Dreh oder Frasmaschinen mit einer Frasmaschine kann man durchaus auch bohren Daneben werden sie eingeteilt nach der Anzahl der Achsen bis zu sechs der Lage der Hauptspindel waagrecht oder senkrecht dem konstruktiven Aufbau z B Kreuzbett Drehmaschine der Kinematik parallel oder seriell der erreichbaren Genauigkeit Standard Prazisions und Ultraprazisionsmaschinen je nach Fertigungsverfahren unterschiedlich und der Werkstuckklasse Maschinen zur Herstellung von Zahnradern Nockenwellen oder Kurbelwellen 14 Die beiden haufigsten Einteilungsmoglichkeiten sind analog zur Einteilung der Hauptgruppen der Fertigungsverfahren und nach dem Automatisierungsgrad Einteilung nach Fertigungsverfahren Bearbeiten Nach der enger gefassten Sichtweise werden nur die umformenden zerspanenden und abtragenden Maschinen zu den Werkzeugmaschinen gezahlt Nach einer weiter gefassten Sichtweise rechnet man auch die urformenden Maschinen z B Gussmaschinen fugende sowie alle trennenden Maschinen zerteilende spanende und abtragende dazu Die spanenden Maschinen zahlen mit etwa zwei Dritteln des Produktionswertes aller Werkzeugmaschinen zu den wichtigsten Zu ihnen gehoren neben Dreh und Frasmaschinen auch Bohrmaschinen Hobelmaschinen Stossmaschinen Raummaschinen Sagemaschinen Schleifmaschinen Honmaschinen und Lappmaschinen zum Lappen 15 Animation einer Biegemaschine Die umformenden Maschinen konnen weiter unterteilt werden nach den Fertigungsverfahren in Biegemaschinen Pressen Ziehmaschinen Zum Durchziehen und Walzmaschinen Allerdings lassen sich durch den Einbau unterschiedlicher Werkzeuge mehrere Fertigungsverfahren realisieren Deshalb hat sich eine Einteilung nach dem zugrundeliegenden Funktionsprinzip bewahrt Bei energiegebundenen Umformmaschinen wirkt mit jedem Hub die gleiche Energiemenge auf das Werkstuck Dies kann realisiert werden indem das Werkzeug immer aus einer bestimmten Hohe fallengelassen wird wie beim Fallhammer Ebenfalls in diese Gruppe gehoren der Oberdruck und Gegenschlaghammer sowie Spindelpressen Weggebundene Umformmaschinen legen bei jedem Hub denselben Weg zuruck Dazu zahlen Exzenterpressen Kurbelpressen und Kniehebelpressen Kraftgebundene wirken so lange auf das Werkstuck ein bis eine bestimmte Kraft erreicht wird Hierzu zahlen hydraulische Pressen 16 Zerteilende Maschinen sind den umformenden in der Konstruktion recht ahnlich und werden eingeteilt in Schlagscheren Schneidpressen und Stanzmaschinen Sie werden uberwiegend zur Bearbeitung von Blechen eingesetzt Die abtragenden Maschinen werden nach den zugrundeliegenden Verfahren eingeteilt in Erodiermaschinen Laserbearbeitungsmaschinen und Wasserstrahlschneidemaschinen Wegen der hohen Kosten durch die geringe Produktivitat werden sie nur dann eingesetzt wenn andere Maschinen nicht nutzbar sind Dies ist beispielsweise bei sehr harten sproden oder temperaturempfindlichen Materialien der Fall oder zum Fertigen von Hinterschnitten sowie sehr kleinen Formelementen 17 Einteilung nach Automatisierungsgrad Bearbeiten Eine konventionelle Werkzeugmaschine erzeugt die Schnitt und die Vorschubbewegung uber einen Motor und ein Getriebe sowie uber Handrader Ein Automat dagegen steuert schon die Vorschubbewegung Eine CNC Maschine vollfuhrt einen automatischen Arbeitszyklus an einem manuell eingespannten Werkstuck Der Werkzeugwechsel wird meist automatisch durchgefuhrt Ein Bearbeitungszentrum BAZ integriert zusatzlich den Werkstuckwechsel und das Werkzeugsteuerungssystem Die Flexible Fertigungszelle umfasst mehrere Maschinen mit ihren Werkzeugmagazinen einen grosseren Werkstuckspeicher und z T integrierte Messeinrichtungen Flexible Fertigungssysteme FFS besitzen einen maschinenubergreifenden automatischen Werkstuckfluss mit Anbindung einer Fertigungssteuerung beziehungsweise eines Produktionsplanungssystems Konventionelle Transferstrassen besitzen einen sehr geringen Flexibilitatsgrad Nur durch aufwendiges Rusten konnen kleine Veranderungen in der Produktpalette gefertigt werden 18 Baugruppen von Werkzeugmaschinen BearbeitenWerkzeugmaschinen werden meist aus modularen Baugruppen zusammengebaut Dies erleichtert die Konstruktion und ermoglicht fur die einzelnen Komponenten hohere Stuckzahlen und somit geringere Fertigungskosten Die einzelnen Baugruppen werden haufig nach Kundenwunsch zusammengestellt 19 Zu den wichtigsten gehoren Gestell Antrieb Steuerung und die Fuhrungen die dem Werkzeug nur bestimmte Bewegungsmoglichkeiten lassen und andere verhindern Als weitere Baugruppen gibt es Fundamente Werkzeugspeicher und wechsler Werkzeugaufnahmen Werkstuckwechsler Messsysteme sowie Ver und Entsorgungseinrichtungen Gestell Bearbeiten Das Maschinengestell nimmt die Bearbeitungskrafte auf und sichert die Lage aller Baugruppen zueinander Es bestimmt zu grossen Teilen die statische und dynamische Steifigkeit der Werkzeugmaschine Bei kleineren Maschinen sind die Gestelle als Tisch ausgefuhrt Fur schwerere Maschinen werden Bettausfuhrungen in offener Stander oder C Bauweise oder geschlossener Portal Bauweise eingesetzt C Gestell Bandsage Portalbauweise Hobelmaschine Bettgestell Drehmaschine Typisch sind Ausfuhrungen aus Gusseisen Stahl Leichtmetallen Mineralguss Polymerbeton oder Faserverbundkunststoffen Bei Ultraprazisionsmaschinen findet man auch Gestellbauteile aus Granit Inzwischen kommen auch geschaumte Leichtmetalle zum Einsatz 20 Bei niedrigen Stuckzahlen werden geschweisste oder verschraubte Konstruktionen bevorzugt bei hoheren Stuckzahlen gegossene Gestelle Wichtige Eigenschaften der Gestellwerkstoffe sind der Elastizitatsmodul die Dichte der Warmeausdehnungskoeffizient die Warmeleitfahigkeit die Streckgrenze und die Werkstoffdampfung die Schwingungen des Gestells dampft Mineralguss zeichnet sich gegenuber metallischen Werkstoffen durch seine geringe Dichte und sehr hohe Dampfung aus Wegen der geringen Belastbarkeit mussen die Gestelle aber sehr massiv ausfallen Von den metallischen Werkstoffen zeichnet sich das Gusseisen durch eine gute Dampfung aus weshalb es besonders haufig eingesetzt wird 21 22 Stahl Gusseisen mit Kugelgraphit Gusseisen mit Lamellengraphit Mineralguss AluminiumElastizitatsmodul 105 N mm 2 1 1 6 1 85 0 8 1 4 0 4 0 67 0 76Spezifisches Gewicht N dm3 78 5 74 72 23Warmeausdehnungskoeffizient 10 6 K 11 1 9 5 9 10 20 21 24Spezifische Warmekapazitat J g K 0 45 0 63 0 46 0 9 1 1 0 88 0 92Warmeleitfahigkeit W m K 14 52 29 54 1 5 117 211Streckgrenze N mm 400 1300 400 700 100 300 10 18Werkstoffdampfung dimensionslos 0 0023 0 0045 0 02Fundament Bearbeiten Besonders bei grossen Maschinen werden spezielle Fundamente wichtig ublicherweise aus Beton mit 70 bis 90 Prozent der Gesamtmasse einer Maschine in eine Bodenform gegossen weil diese durch ihre hohe Tragheit eine hohe Gesamtverwindungssteifigkeit garantieren und durch einen ruhigen Maschinenlauf die notige Genauigkeit ermoglichen Insbesondere bei schweren Werkstucken und oder bei entsprechend hohen Arbeitskraften oder bei stossartigen Belastungen wird eine entsprechend massive Auslegung des Maschinenfundaments wichtig weil es sonst zwangslaufig zu Teilabsenkungen der Maschine kommt womit die heute ublichen geometrischen Genauigkeiten nicht mehr im gesamten Arbeitsraum erreicht werden 23 Fuhrungen und Lagerungen Bearbeiten Hauptartikel Lineartechnik Fuhrungen und Lagerungen begrenzen die Anzahl der Freiheitsgrade von Maschinenbauteilen Geradfuhrungen erlauben die Bewegung in einer linearen translatorischen Achse Rundfuhrungen oder Lagerungen erlauben eine Rotation und im Falle von Wellenfuhrungen zusatzlich eine lineare Bewegung Sie werden unterschieden nach ihrer Querschnittsform z B Schwalbenschwanz oder V Fuhrung und nach der Art der Fuhrungsflachentrennung in Magnetlager Walzfuhrungen und Gleitfuhrungen die wiederum in hydrodynamische hydro und aerostatische Lagerungen eingeteilt werden Fuhrungen und Lagerungen sollen moglichst kleine Reibwerte haben einem geringen Verschleiss unterliegen eine gute Dampfung aufweisen um Schwingungen zu vermeiden vor herabfallenden Spanen und anderen Teilen geschutzt sein moglichst spielfrei und wartungsarm sein und eine hohe Steifigkeit haben 24 25 26 Die einfachste Ausfuhrung ist ein hydrodynamisches Lager bei dem die beiden Kontaktflachen mit Schmierol benetzt sind Erst ab einer gewissen Mindestgeschwindigkeit setzt die reibungsreduzierende Wirkung des Schmierols ein sogenannter Stick Slip Effekt Bei einem hydrostatischen Lager wird mittels einer Pumpe Oldruck aufgebaut der die Kontaktflachen auch trennt wenn sie in Ruhe sind Bei aerostatischen Fuhrungen gleitet das obere Bauteil auf einem Luftkissen Die meisten Fuhrungen werden als Walzfuhrungen ausgefuhrt bei denen die Kontaktflachen durch runde Korper meist Kugeln getrennt sind 27 28 Fuhrungsart Bewegungsreibkoeffizient m k displaystyle mu k Startreibkoeffizient m p displaystyle mu p statische Steifigkeit Dampfunghydrodynamisch 0 05 0 2 m p gt m k displaystyle mu p gt mu k gut sehr guthydrostatisch 0 001 0 0001 m p m k displaystyle mu p mu k gut hoch sehr gutaerostatische 0 00001 m p m k displaystyle mu p mu k gut hoch schlechtWalzfuhrung 0 01 0 00001 m p m k displaystyle mu p sim mu k hoch schlechtAntriebe Bearbeiten Hauptartikel Antrieb Mediendatei abspielen Getriebe zur Umwandlung einer rotatorischen Motorbewegung in eine translatorische Arbeitsbewegung Eingesetzt bei Hobelmaschinen Zu den Antriebseinheiten zahlen der Hauptantrieb der fur die Arbeitsbewegung zustandig ist und die Vorschubantriebe fur die Positionierung des Werkzeugs Antriebe fur alle ubrigen Aufgaben wie Kuhlschmierstofftransport Spaneforderer oder zur Erzeugung von Hydraulikdruck werden als Nebenantriebe bezeichnet Anforderungen an Antriebe sind hohe Dynamik vor allem Beschleunigungen da sie die Wirtschaftlichkeit stark beeinflussen hohe maximale Drehzahlen sowie ein grosser und stufenlos einstellbarer Drehzahlbereich 29 Hauptantrieb Bearbeiten 3D Schnittmodell einer Motorspindel Der Hauptantrieb besteht ublicherweise aus einem Motor einem Getriebe einer Sicherheitskupplung im einfachsten Fall ein Keilriemen der im Uberlastfall durchrutscht sowie der Hauptspindel als Trager des Werkzeuges bzw Werkstuckes Andere Werkzeugmaschinen haben einen Direktantrieb bei dem der Rotor des Elektromotors direkt auf der Hauptspindel sitzt Motorspindel In Anbetracht der grossen Leistung der Antriebe besonders beim Einsatz von Motorspindeln ist es wichtig die Verlustwarme gezielt abzufuhren um Ungenauigkeiten der Maschine durch die Warmeausdehnung des Gestells zu vermeiden Als Motoren werden meist Drehstrommotoren eingesetzt synchron oder asynchron Gelegentlich kommen auch Gleichstrommotoren oder hydraulische beziehungsweise pneumatische Motoren zum Einsatz Getriebe zur Drehmoment Drehzahl Wandlung sind oft stufenlose Getriebe wie Hullgetriebe oder Reibradgetriebe Getriebe zur Umwandlung der rotatorischen Motorbewegung in eine translatorische Bewegung sind Zahnstange Ritzel Systeme Kugelgewindetriebe Kurbelgetriebe oder Schraubgetriebe Nebenantriebe Bearbeiten Heute haben im Allgemeinen alle beweglichen Achsen eigene Vorschubantriebe Sie sind entscheidend fur die Arbeitsgenauigkeit der Maschine sollen daher schnell und gleichformig laufen und eine hohe Positioniergenauigkeit aufweisen Sie werden eingeteilt in lineare Direktantriebe die direkt eine translatorische Bewegung erzeugen und rotatorische Antriebe deren Bewegung erst durch ein Getriebe umgewandelt wird Es kommen grundsatzlich die gleichen Getriebe zum Einsatz wie bei den Hauptantrieben Nebenantriebe sind fast ausschliesslich elektrisch selten werden auch hydraulische Motoren genutzt 30 Steuerung Bearbeiten Siehe auch Schaltschrank Steuerungen dienen der Automatisierung von Werkzeugmaschinen Erste Steuerungen von Werkzeugmaschinen waren noch mechanisch umgesetzt beispielsweise mit Kurvenscheiben Heute werden sie elektrisch betrieben z B mit Relais oder Halbleiterbauelementen Spezielle Steuerungen fur Werkzeugmaschinen sind die numerischen Steuerungen Sie ermoglichen heute die Fertigung nahezu beliebig geformter Werkstucke Hierfur sind gute Bahnsteuerungen notig die das Werkzeug entlang einer programmierten beliebig geformten Bahn fuhren 31 32 Elektrische Steuerungen Bearbeiten Die elektrischen Steuerungen lesen alle Signale ein z B uber Taster oder Schalter die vom Bediener betatigt werden und uber Temperatur Druck oder Wegsensoren verarbeiten sie und geben Signale an die zu steuernden Stellglieder z B Motoren oder Anzeigedisplays Sie werden einerseits nach der Realisierungsform eingeteilt in Verbindungsprogrammierte Steuerungen VPS und Speicherprogrammierbare Steuerungen SPS und andererseits nach dem Steuerungsprinzip in Verknupfungs und Ablaufsteuerungen Bei einer VPS wird die Funktion durch die Verbindung der einzelnen Baugruppen Relais bestimmt Sie werden insbesondere bei sicherheitskritischen Anwendungen eingesetzt Bei einer SPS dagegen wird die Funktion durch eine Software bestimmt die in einem Speicher abgelegt ist Sie machen den grossten Teil der elektrischen Steuerungen aus und steuern meist direkt die Antriebe an konnen aber auch mit anderen Maschinen kommunizieren z B bei Transferstrassen und bieten Schnittstellen zu den CNC Steuerungen Bei einer Verknupfungssteuerung werden die Ausgangssignale durch logische Verknupfung logisches Und Gatter Oder Gatter Nicht Gatter der Eingangssignale bestimmt Sie werden beispielsweise fur die Drehrichtungswahl eines Motors oder zur Ansteuerung eines Vorschubantriebs benutzt Ablaufsteuerungen haben dagegen gezwungenermassen einen schrittweisen Ablauf und sind bei Werkzeugmaschinen wesentlich bedeutender als die reinen Verknupfungssteuerungen Sie kummern sich z B um das Wechseln der Werkzeuge 33 Numerische Steuerungen Bearbeiten Hauptartikel Computerized Numerical Control Numerische Steuerungen eng numerical control NC sind spezielle Steuerungen fur Werkzeugmaschinen die wesentlich flexibler sind als die elektrischen Sie zahlen zu den Ablaufsteuerungen und geben die einzelnen Ablaufschritte in Form alphanumerischer Zeichen an Ursprunglich wurden Lochstreifen zur Dateneingabe benutzt aber recht bald auf Mikroprozessor Technologie umgestellt computerized numerical control CNC Heute sind beide Begriffe praktisch deckungsgleich Ihre Hauptaufgabe ist die Bewegung des Werkzeuges entlang beliebig geformter Bahnen Mit NC Steuerungen ist es moglich zwei oder mehr Achsen gleichzeitig anzusteuern und das Werkzeug z B auf einer Kreisbahn zu fuhren Dazu zerlegt die Steuerung die Bahn in kleine Teilabschnitte und fahrt der Reihe nach Punkte auf diesen Abschnitten an Die Wege zwischen diesen Punkten werden interpoliert Daraus werden Lagesollwerte fur die Achsen berechnet die an die Antriebe weitergegeben werden Die Programmierung kann im Buro durch die Arbeitsvorbereitung durchgefuhrt werden oder direkt in der Werkstatt durch Bediener Werkstattorientierte Programmierung WOP Simulationsprogramme helfen dabei Kollisionen des Werkzeugs im Arbeitsraum zu vermeiden und berechnen selbststandig aus CAD Daten die benotigten Verfahrwege sowie die Fertigungsdauer Diese Daten konnen dann an ein ubergeordnetes Produktionsplanungs und steuerungssystem weitergegeben werden Die CNC Programme konnen auch auf einem zentralen Leitrechner abgelegt sein der die einzelnen Maschinen im Bedarfsfall mit den benotigten Programmen versorgt Distributed Numerical Control DNC Weiterhin ist es moglich die Schnittkraft zu uberwachen um den Werkzeugverschleiss zu berechnen und die Verformungen der Maschine teilweise auszugleichen Moderne CNC Steuerungen konnen sich auch um die Auftrags Paletten Werkzeug und Standzeit verwaltung kummern 34 Werkzeugspeicher und wechsler Bearbeiten Werkzeugspeicher einer Frasmaschine Werkzeugrevolver Werkzeugmaschinen sind haufig mit Werkzeugspeichern ausgestattet aus denen je nach Bedarf Werkzeuge direkt oder uber einen vollautomatischen Werkzeugwechsler in Arbeitsspindel oder Werkzeughalter eingewechselt werden konnen Drehmaschinen besitzen haufig Revolver die das benotigte Werkzeug nicht wechseln sondern in die Arbeitsebene drehen Bei modernen Werkzeugmaschinen wird zunehmend auch nach Ablauf einer programmierten Standzeit oder nach dem tatsachlichen Werkzeugverschleiss uber die Spindelmotoren gemessene Schnittkraft selbststandig ein bereitgestelltes Ersatzwerkzeug eingewechselt sodass solche Maschinen dann in Kombination mit automatischen Werkstuckwechslern weitgehend unbeaufsichtigt Werkstucke bearbeiten konnen 35 Messsysteme Bearbeiten Moderne Werkzeugmaschinen besitzen Messsysteme die zur Erfassung der Lage z B des Werkzeug oder eines Achsschlittens dienen Die dazu notigen Winkel und Langenmessungen erfolgen uberwiegend optoelektronisch z B mit Inkrementalgebern oder Absolutwertgebern auf drehenden Wellen und direkt die Position messenden Glasmassstaben Des Weiteren sind ohmsche induktive kapazitive magnetische oder elektromagnetische Wirkprinzipien der Aufnehmer ublich 36 Bei den Messeinrichtungen unterscheidet man direkte und indirekte Wegmesssysteme Bei beiden Messsystemen werden uber Sensoren die zuruckgelegten Skalenabschnitte gezahlt und aus dieser Anzahl wird dann der zuruckgelegte Weg errechnet Bei indirekten Wegmesssystemen ist die Skala kreisformig angeordnet so dass das System die Winkelanderung der Gewindespindel misst und uber die Steigung des Gewindes dann die Weganderung berechnet Bei den genaueren direkten Wegmesssystemen ist die Skala parallel zur Bewegungsrichtung angebracht so dass die Lange der Abschnitte multipliziert mit der Anzahl der gezahlten Abschnitte direkt dem zuruckgelegten Weg entspricht 37 38 Werkzeugaufnahmen Bearbeiten Um einen schnellen Werkzeugwechsel bei gleichzeitig hoher Genauigkeit zu gewahrleisten sind die Werkzeugaufnahmen Schnittstelle Werkzeug Spindel genormt Fruher wurden fur rotierende Werkzeuge uberwiegend so genannte Steilkegel SK noch fruher sogenannte Morsekegel MK verwendet Heute werden aufgrund ihrer technologischen Vorteile vermehrt Hohlschaftkegel Aufnahmen eingesetzt Bei HSK Aufnahmen erfolgt u a das Spannen auf der Innenkontur wodurch das System fur hohere Drehzahlen geeignet ist Fur alle Aufnahmesysteme gibt es jeweils Adapter zu den anderen Systemen um in den oft gemischten Maschinenparks eine rationelle Werkzeugverwendung zu ermoglichen 39 Werkstuckwechsler Bearbeiten Moderne Frasmaschinen und Bohrmaschinen haben oft zwei oder mehr Paletten zum Spannen der Werkstucke die abwechselnd in den Arbeitsraum gebracht werden konnen Dies erlaubt es Spann Operationen ausserhalb des Arbeitsraumes vorzunehmen wahrend an der vorigen Palette die Bearbeitung stattfinden kann Werden die Werkstucke wie beschrieben gemeinsam mit der Palette ausgewechselt spricht man vom Palettenwechsler Grossere Werkstucke konnen mit Robotern ein und ausgewechselt werden 40 Ver und Entsorgungseinrichtungen Bearbeiten Werkzeugmaschinen der spanenden Fertigung sind heutzutage uberwiegend mit Kuhlschmiereinrichtungen ausgestattet Diese fordern meist eine Wasser Ol Emulsion in den Arbeitsbereich des Werkzeugs sei es uber Spritzdusen an der Maschine am Spindelkopf oder durch Dusen im jeweiligen Werkzeug Das Kuhlschmiermittel wird im Umlauf gefiltert Im Zuge einer umwelt und arbeitsplatzfreundlichen Fertigung wird jedoch heutzutage zunehmend auf die sogenannte Minimalmengenschmierung MMS oder MMKS umgestellt Dabei wird eine sehr geringe Menge Kuhlschmierstoff mit Luft vernebelt und auf die Wirkstelle gespruht Zu den Ver und Entsorgungseinrichtungen zahlt auch der Spaneforderer der die abgetrennten Spane aus dem Arbeitsraum heraus in einen Container fordert 41 Maschineneinhausung und Sicherheitseinrichtungen Bearbeiten Werkzeugmaschinen haben heute meist eine Maschineneinhausung Diese dient dem Schutz des Bedieners vor umher fliegenden Spanen vor Kuhlschmierstoff und vor der entstehenden Larmbelastung sowie als Schutz vor Verletzungen an den bewegten Teilen und als Berstschutz z B wenn ein Werkzeug bricht Grossere Maschinen und Anlagen sind durch Lichtschranken und Gitter geschutzt Eigenschaften von Werkzeugmaschinen BearbeitenNeben Eigenschaften die die Wirtschaftlichkeit von Werkzeugmaschinen beeinflussen wie Leistung Verfahrgeschwindigkeit Werkzeugwechselzeit usw gibt es auch Eigenschaften die die Qualitat des zu fertigenden Produktes beeinflussen Diese sind Geometrische Genauigkeit Bearbeiten Die geometrische Genauigkeit gibt die Fertigungsqualitat der unbelasteten Maschine an also ohne Belastung durch Bearbeitungskrafte 42 Die erzielbare geometrische Genauigkeit ergibt sich im Wesentlichen aus der Fertigungsqualitat der Werkzeugmaschine dem Spiel und der Bauform Man unterscheidet dabei zwischen Form und Lageabweichungen Statische Steifigkeit Bearbeiten Die statische Steifigkeit oder Steifheit ergibt sich aus der geometrischen Statik Wanddicken Querschnitte und den Eigenschaften der verwendeten Werkstoffe Weiterhin sind besonders Lage Form und Anzahl von Fugen und Fuhrungen feste und bewegliche Verbindungen von Maschinenelementen entscheidend fur die erzielbare Steifigkeit Statische Verformungen konnen durch die CNC Steuerung ausgeglichen werden Dynamische Steifigkeit Bearbeiten Hauptartikel Maschinendynamik und Modalanalyse Die dynamische Steifigkeit einer Maschine ergibt sich aus ihren Verformungen bei zeitlich veranderlichen Kraften die haufig Schwingungen hervorrufen Sie haben einen negativen Einfluss auf die Werkstucke vor allem Oberflachenrauigkeit und Lebensdauer der Maschine und sind daher grundsatzlich unerwunscht Da die dynamischen Verformungen im Gegensatz zu den statischen auch von der Frequenz der Anregung abhangen konnen sie nicht so einfach korrigiert werden Man unterscheidet zwischen selbsterregten und fremderregten Schwingungen die sich wiederum in freie und erzwungene Schwingungen teilen 43 44 Eine einmalige Anregung fuhrt zu einer freien Schwingung mit Eigenfrequenz die langsam abklingt Bei periodisch wiederkehrenden Anregungen ergibt sich eine erzwungene Schwingung mit der Frequenz der Anregung Diese konnen uber das Fundament in die Maschine eingeleitet werden durch Unwuchten z B des Motors Zahneingriffsfehler der Getriebe Lagerfehler oder verschlissene Werkzeuge erzeugt werden Selbsterregte Schwingungen entstehen aus dem Fertigungsprozess selbst Die Maschine schwingt dann ebenfalls mit ihrer Eigenfrequenz allerdings im Zeitablauf immer starker Dies kann durch Aufbauschneiden Regenerativeffekte oder eine fallende Schnittgeschwindigkeits Schnittkraft Kennlinie verursacht werden Thermisches Verhalten Bearbeiten Das thermische Verhalten einer Werkzeugmaschine beschreibt die Reaktion auf Temperaturanderungen vor allem die Lagenanderung des Werkzeuges relativ zum Werkstuck Es wird wesentlich von der Einwirkung von Warmequellen und senken nach Menge der Warme und ihrer Lage beziehungsweise Anordnung beeinflusst 45 Man unterscheidet bei der thermischen Belastung zwischen inneren und ausseren Einflussen Innere Einflusse werden z B durch Antriebsverluste in Antriebsmotoren Pumpen Lager Fuhrungen und im Hydrauliksystem ausgeubt oder durch Umform bzw Zerspanungswarme im Werkzeug Werkstuck Spane und Kuhlschmiermittel hervorgerufen Aussere Einflusse werden durch das Hallenklima Temperaturverteilung Temperaturschwankungen Luftstromungen durch direkte einseitige Warmestrahlung Sonne Heizanlagen benachbarte Anlagen oder durch Warmesenken Fundamente Frischluftstrome durch Tore und Fenster hervorgerufen Zur Steigerung der Genauigkeit und trotz der Bemuhung Temperaturschwankungen gering zu halten ist es von Vorteil Maschinen thermosymmetrisch aufzubauen Thermosymmetrie bedeutet dass sich Ausdehnungen gegenseitig aufheben Dabei ist die zu erwartende Temperaturverteilung in den Bauteilen von Einfluss sowie die Lange und der Ausdehnungskoeffizient Mit der Kenntnis des Temperaturverhaltens der Werkzeugmaschine kann die thermische Ausdehnung in der CNC Steuerung teils kompensiert werden Anforderungen und wirtschaftliche Beurteilung BearbeitenAn Werkzeugmaschinen werden aus Kunden und Anwendersicht verschiedene Anforderungen gestellt Die Maschine soll die geforderte Arbeitsgenauigkeit einhalten die sich aus der geometrischen Genauigkeit und der statischen dynamischen und thermischen Steifigkeit ergibt Die Arbeitsgenauigkeit wird im Rahmen von Qualitatsmanagementsystemen durch die Maschinenfahigkeit beschrieben Sie muss grundsatzlich besser sein als die geforderte Fertigungsgenauigkeit die sich aus den Konstruktionsunterlagen ergibt Die Wirtschaftlichkeit einer Werkzeugmaschine ergibt sich grosstenteils aus ihrer Produktivitat Sie kann erhoht werden durch die Reduzierung von Nebenzeiten Hauptzeiten und Rustzeiten Bearbeitungszentren und Fertigungszellen konnen beispielsweise zeitgleich zur Bearbeitung bereits weitere Werkzeuge und Werkstucke vorbereiten und so Rust und Nebenzeiten einsparen Die Hauptzeit wird vor allem durch eine Erhohung der Schnittgeschwindigkeit bei spanenden Maschinen verringert Da die Lebenszyklen vieler Produkte kurzer sind als die Lebensdauer der Maschinen sollen sie ein grosseres Spektrum von Werkstucken bearbeiten konnen Dies beinhaltet Unterschiede in der Geometrie und den verwendeten Werkstoffen Bei den Kosten sind nicht nur die Beschaffungskosten wichtig sondern auch die Betriebs und Entsorgungskosten Die gesamten Kosten konnen mit dem Total Cost of Ownership Ansatz abgeschatzt werden Die Betriebskosten ergeben sich aus dem spezifischen Energie Werkzeug und Hilfsstoffverbrauch In der Betriebswirtschaft existiert mit der Gutenberg Produktionsfunktion ein Modell zur Optimierung des spezifischen Verbrauchs Mindestanforderungen an Arbeitsschutz und Umweltschutz werden gesetzlich reglementiert 46 In Werkzeugmaschinen ist ein grosser Teil des Kapitals von Unternehmen gebunden Fur die Beschaffung bietet die Investitionsrechnung ein bewahrtes Instrumentarium an In der Kostenrechnung werden die Inanspruchnahme der Maschinen durch die Fertigung mit Maschinenstundensatzen errechnet Wahrend sich die Anlagenwirtschaft mit der Beschaffung Instandhaltung und Verausserung der Maschinen beschaftigt geht es in der Maschinenbelegungsplanung um das optimale Betreiben Kinematik BearbeitenKinematik einer Werkzeugmaschine beziehungsweise eines Roboters nennt sich die Organisation und technische Ausfuhrung der Bewegungen von Werkzeug und Werkstuck Die Bewegungsrichtungen werden je nach Aufbau der Maschine in Bewegungsachsen zerlegt Serielle Kinematik Bearbeiten Die serielle Kinematik bezeichnet den klassischen Aufbau einer kinematischen Kette Eine Baugruppe die nur fur den Antrieb in einer Bewegungsachse zustandig ist setzt eine zweite mit einer anderen Bewegungsachse in Bewegung und es konnen sich weitere anschliessen bis die gewunschte Gesamtbewegung erreicht ist Einen Spezialfall dieser Kinematik stellt die so genannte kartesische Kinematik dar Hier werden alle Vorschubachsen senkrecht zueinander angeordnet um so die Koordinaten in einem kartesischen Koordinatensystem auf mechanisch moglichst einfache Weise zu erreichen Dabei wird meist jede Vorschubachse nach der entsprechenden Koordinatenachse im Dreidimensionalen beispielsweise X Y und Z benannt Beispiel Konsolenfrasmaschine Auf dem Maschinenstander bewegt sich das Spindelgehause mit einem vorne angebauten Schwenkkopf als Trager des Fraswerkzeugs in einer Fuhrung vor und zuruck in der Maschinenachse Y Der Aufspanntisch bewegt sich auf der Konsole nach links und rechts in der Maschinenachse X Die Konsole bewegt sich mit dem aufliegenden Aufspanntisch am Maschinenstander auf und ab und bildet die Maschinenachse Z Parallelkinematik Bearbeiten Eine Parallelkinematik bezeichnet eine Kinematik mit parallel geschalteten Bewegungsachsen Dadurch wird vermieden dass ein Antrieb den nachstfolgenden bewegen muss Haufig werden hier parallele Stabkinematiken eingesetzt Die Realisierung dieses kinematischen Prinzips bei Werkzeugmaschinen ist wegen der vielversprechenden geometrischen Eigenschaften seit uber 20 Jahren im Fokus von Forschungsprojekten fur Werkzeugmaschinen Bis heute gibt es aber keinen nennenswerten Einsatz in der Produktion die traditionell von Maschinen mit serieller Kinematik dominiert wird Vorteil von parallelen Kinematiken ist in der Regel eine hohere Dynamik wegen der geringen Masse der Fuhrungselemente welche im Gegensatz zu einer seriellen Kinematik die Belastungen gleichmassig er auf alle Fuhrungselemente aufteilen Parallele Stabkinematik Bearbeiten Eine typische Konfiguration eines Hexapods als Plattform Im Gegenteil zur seriellen Kinematik arbeitet die parallele Stabkinematik uber die Veranderung der Distanzen von Punkten eines beweglichen Objekts Werkzeugs zu vordefinierten festen Punkten im Raum Dabei wird die Raumposition und Lage eines beweglichen Objekts nicht anhand eines vektorbasierten Koordinatensystems also eines Nullpunkts sowie N nicht parallelen Vektoren um Bewegungen in N Dimensionen zu kodieren beschrieben sondern anhand der Distanzen zwischen Objekt Raum Punkt Paaren Typischerweise sind hier zum Beispiel fur eine reine Positionsangabe ohne Rotationsachsen in einem Raum mit N Dimensionen N 1 Distanzangaben zu N 1 distinkten Raumpunkten notwendig In der Praxis schliesst jedoch das Maschinendesign haufig Teile des theoretisch erreichbaren Raumes aus womit oft nur N Distanzangaben zu N Punkten fur eine mehrdeutigkeitsfreie Positionsangabe notwendig sind So kann zum Beispiel ein so genannter Tripod mit nur drei Armen problemlos einen vordefinierten Bereich eines dreidimensionalen Raums erreichen Eine genaue Positionierung wird so uber die Langenveranderung von mehreren Teleskoparmen erreicht welche alle an einem Ende in einer zueinander unbeweglichen Position verankert sind und an ihrem anderen Ende mit dem zu positionierenden Objekt Beispiel Hexapoden Bearbeiten Hauptartikel Hexapod Bei sogenannten Hexapoden Hexa griech Zahlen Sechs pod griech Fuss arbeiten alle Vorschubantriebe in Parallelschaltung gleichzeitig miteinander um die gewunschte Bewegung eines Werkzeugs im Raum und gleichzeitig eine gewunschte Neigung der Werkzeugaufnahme beziehungsweise des Werkzeugs zu erzeugen Siehe auch BearbeitenListe von WerkzeugmaschinenbauernWeblinks Bearbeiten Commons Machine tools Sammlung von Bildern Videos und Audiodateien VDW Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen IMU Branchenstudie Werkzeugmaschinenbau 2017 Drehmaschinen 4000 Jahre EntwicklungLiteratur BearbeitenFachliteratur Bearbeiten Klaus Jorg Conrad Taschenbuch der Werkzeugmaschinen Fachbuchverlag Leipzig Munchen Wien 2002 ISBN 3 446 21859 9 Andreas Hirsch Werkzeugmaschinen Grundlagen Auslegung Ausfuhrungsbeispiele 2 Auflage Springer Vieweg Wiesbaden 2012 ISBN 978 3 8348 0823 3 Reimund Neugebauer Hrsg Werkzeugmaschinen Aufbau Funktion und Anwendung von spanenden und abtragenden Werkzeugmaschinen Springer Berlin Heidelberg 2012 ISBN 978 3 642 30077 6 Hans Kurt Tonshoff Werkzeugmaschinen Grundlagen Springer Lehrbuch 1995 ISBN 3 540 58674 1 Manfred Weck Christian Brecher Werkzeugmaschinen Band 1 Maschinenarten und Anwendungsbereiche 6 Auflage Springer Berlin 2005 ISBN 3 540 22504 8 Band 2 Konstruktion und Berechnung 8 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2005 ISBN 3 540 22502 1 Band 3 Mechatronische Systeme Vorschubantriebe Prozessdiagnose 6 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2006 ISBN 3 540 22506 4 Band 4 Automatisierung von Maschinen und Anlagen 6 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2006 ISBN 3 540 22507 2 Band 5 Messtechnische Untersuchung und Beurteilung 7 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2006 ISBN 3 540 22505 6 Worterbucher Bearbeiten Henry George Freeman Spanende Werkzeugmaschinen Deutsch englische Begriffserklarungen und Kommentare Verlag W Girardet Essen 1973 ISBN 3 7736 5082 5 Hans Dieter Junge Dictionary of machine tools and mechanical engineering English German German English Worterbuch Werkzeugmaschinen und mechanische Fertigung Weinheim 1992 ISBN 3 527 27993 8 Bucher zur Geschichte der Werkzeugmaschinen Bearbeiten Gunter Spur Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen eine kulturgeschichtliche Betrachtung der Fertigungstechnik Carl Hanser Verlag Munchen Wien 1991 ISBN 3 446 16242 9 W Steeds A history of Machine Tools 1700 1910 Oxford 1969 OCLC 476608011 Einzelnachweise Bearbeiten Reimund Neugebauer Hrsg Werkzeugmaschinen Aufbau Funktion und Anwendung von spanenden und abtragenden Werkzeugmaschinen Springer 2012 S 4 H K Tonshoff Werkzeugmaschinen Springer Berlin 1995 S 2 H K Tonshoff Werkzeugmaschinen Springer Berlin 1995 S 1f Andreas Hirsch Werkzeugmaschinen Grundlagen Auslegung Ausfuhrungsbeispiele 2 Auflage Springer Vieweg Wiesbaden 2012 ISBN 978 3 8348 0823 3 S 2 Gunter Spur Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen Carl Hanser Verlag Munchen Wien 1991 ISBN 3 446 16242 9 S 25 95 Gunter Spur Produktionstechnik im Wandel 1979 S 116f 118 64 89 Gunter Spur Produktionstechnik im Wandel 1979 S 116 138 Gunter Spur Produktionstechnik im Wandel 1979 S 140 176 183 Gunter Spur Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen Carl Hanser Verlag Munchen Wien 1991 ISBN 3 446 16242 9 S 313 330 424 430 Hans Jurgen Warnecke Die Fraktale Fabrik Springer 1992 ISBN 3 540 55200 6 S 14 19 H K Tonshoff Werkzeugmaschinen 1995 S 3 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 5 Auflage Band 1 1998 S 3 Werkzeug Maschine Januar 2015 S 11 OnlineArchiv Memento vom 13 Juni 2015 im Internet Archive Reimund Neugebauer Hrsg Werkzeugmaschinen Aufbau Funktion und Anwendung von spanenden und abtragenden Werkzeugmaschinen Springer 2012 S 18f M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 5 Auflage Band 1 S 17 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 5 Auflage Band 1 S 51 53 A Hirsch Werkzeugmaschinen Springer Vieweg Wiesbaden 2000 S 412 Reimund Neugebauer Hrsg Werkzeugmaschinen Aufbau Funktion und Anwendung von spanenden und abtragenden Werkzeugmaschinen Springer 2012 S 16f A Hirsch Werkzeugmaschinen Springer Vieweg Wiesbaden 2000 S 83 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen Band 2 Konstruktion und Berechnung 8 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2005 S 7 12 A Hirsch Werkzeugmaschinen Springer Vieweg Wiesbaden 2000 S 86 88 Tabelle entnommen aus R Neugebauer Werkzeugmaschinen 2012 S 423 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen Band 2 S 183 210 W Bahmann Werkzeugmaschinen kompakt Baugruppen Einsatz und Trends 21 Auflage Springer Berlin 2013 S 65 A Hirsch Werkzeugmaschinen Springer Vieweg Wiesbaden 2000 S 97f Reimund Neugebauer Hrsg Werkzeugmaschinen Aufbau Funktion und Anwendung von spanenden und abtragenden Werkzeugmaschinen Springer 2012 S 381f M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen Band 2 S 234 487 J Milberg Werkzeugmaschinen Grundlagen 2 Auflage Springer Berlin 1995 S 153 226 W Bahmann Werkzeugmaschinen kompakt Baugruppen Einsatz und Trends 21 Auflage Springer Berlin 2013 S 36f H K Tonshoff Werkzeugmaschinen Springer Berlin 1995 S 125 162 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen Band 3 Mechatronische Systeme Vorschubantriebe Prozessdiagnose 5 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2001 S 33 57 113 318 J Milberg Werkzeugmaschinen Grundlagen 2 Auflage Springer Berlin 1995 S 329 370 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 6 Auflage Band 3 S 99 110 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 6 Auflage Band 4 S 151 182 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 5 Auflage Band 1 Springer 1998 S 494 533 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen Band 3 Mechatronische Systeme Vorschubantriebe Prozessdiagnose 5 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2001 S 40 88 H K Tonshoff Werkzeugmaschinen Springer Berlin 1995 S 220 233 J Milberg Werkzeugmaschinen Grundlagen 2 Auflage Springer Berlin 1995 S 318 322 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 5 Auflage Band 1 Springer 1998 S 494 533 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen 5 Auflage Band 1 Springer 1998 S 533 569 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen Band 2 S 607 631 A Hirsch Werkzeugmaschinen Springer Vieweg Wiesbaden 2000 S 56 Rudolf Jurgler Maschinendynamik 3 Auflage Springer Berlin 2004 J Milberg Werkzeugmaschinen Grundlagen 2 Auflage Springer Berlin 1995 S 79 112 M Weck C Brecher Werkzeugmaschinen Band 2 Konstruktion und Berechnung 8 Auflage Springer Berlin Heidelberg 2005 S 84 95 W Bahmann Werkzeugmaschinen kompakt Baugruppen Einsatz und Trends 21 Auflage Springer Berlin 2013 S 1 5 Dieser Artikel wurde am 21 Juli 2015 in dieser Version in die Liste der lesenswerten Artikel aufgenommen Normdaten Sachbegriff GND 4065604 4 OGND AKS Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Werkzeugmaschine amp oldid 212873755, wikipedia, wiki, deutsches

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