Drehmaschinen Aufbau und Konstruktion

Werkzeugmaschinen für die Drehbearbeitung

Welche Aufgaben übernehmen Drehmaschinen in der industriellen Fertigung und wie sind diese Anlagen aufgebaut? Hier finden Sie Antworten zu Aufbau, Konstruktion und den einzelnen Maschinentypen.

Definition, Einteilung und Kenngrößen von Drehmaschinen

Was sind Drehmaschinen?

Drehmaschinen sind Werkzeugmaschinen, welche auf dem Gebiet der mechanischen Bearbeitung für die Fertigung rotationssymmetrischer Bauteile zum Einsatz kommen. Dabei können sowohl einfache zylindrische oder ebene, zur Drehachse rechtwinklige Flächen, als auch komplexe Formen wie Kegel- und Kugelflächen präzise gefertigt werden. Im Gegensatz zu anderen zerspanenden Verfahren führt beim Drehen das Werkstück durch Rotation die Schnittbewegung aus. Das Drehwerkzeug ist fest auf den eingespannt und führt die Vorschubbewegung aus. Dabei fährt der Werkzeugschlitten längs sowie quer zur Rotationsachse des Werkstücks entlang der zu bearbeitenden Fläche und nimmt so Späne von der Oberfläche ab.

Einteilung von Drehmaschinen

Im Allgemeinen unterscheidet man zwischen konventionellen, automatisierten und CNC-gesteuerten Drehmaschinen. Dabei kommen automatisierte Universaldrehmaschinen für die Fertigung von Einzel- und Kleinserien zum Einsatz, während CNC-Drehmaschinen für die Großserienfertigung eingesetzt werden. So ist auch bei großen Stückzahlen eine gleichbleibende Qualität der Drehteile gewährleistet. Dagegen erfolgt die Steuerung bei konventionellen Drehbänken von Hand über Bediensysteme, weshalb diese nur noch bei Hobbybastlern Anwendung finden. Die Einteilung erfolgt dabei meist nach Art des Maschinenbettes, der Lage der Spindel sowie der Spindelanzahl.

Welche Kenngrößen sind wichtig?

  • Größe des Spindeldurchlasses
  • Die Antriebsleistung
  • Größte Spindeldrehzahl
  • Länge des Werkstückes
  • Maximale Drehdurchmesser
  • Anzahl der Werkzeugträger

Wie sind Drehmaschinen aufgebaut?

Aufbau und Anlagenkomponenten

Die Entwicklung der Drehmaschine hat sich mit der Zeit den individuellen Anforderungen des Marktes angepasst. In der heutigen Fertigungsindustrie finden Drehmaschinen vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, denn wo sich etwas dreht oder bewegt, sind meist gedrehte Bauteile im Einsatz. Heute steht Anwendern der Drehtechnik durch stetige Weiterentwicklungen, eine Vielzahl unterschiedlicher Drehmaschinen für verschiedene Fertigungsprozesse zur Verfügung. Häufig sind diese hochmodernen Drehsysteme modular nach den individuellen Bedürfnissen von Anwendern aufgebaut.

Das Gestell von Drehmaschinen ist eine Stahlkonstruktion, welche das Gewicht der Anlagenkomponenten trägt. Um die entstehenden Kräfte beim Fertigungsprozess abzufangen, müssen die Gestelle der Drehmaschinen verwindungssteif konstruiert sein. Auch sollten die Maschinengestelle mit einem guten Dämpfungssystem ausgerüstet sein, um Schwingungen innerhalb der Maschine zuverlässig abbauen zu können.

Das Maschinenbett von Drehmaschinen befindet sich auf dem Untergestell und trägt den Werkzeugschlitten, Reitstock und Lünette. Da bei der Fertigung von Drehteilen eine Spanungsdickenmodulation entsteht, welche die Oberflächengüte und Maßhaltigkeit beeinträchtigt sowie die Standzeiten der Drehwerkzeuge mindert, besteht das Maschinenbett aus schwingungsdämpfenden Werkstoffen und die Hohlräume sind mit Sand oder kunstharzgebundenem Granit ausgefüllt. Um beim Fertigungsprozess eine optimale Spanabfuhr zu erreichen ist das Drehmaschinenbett oft geneigt oder liegt über der Hauptspindel.

Der Spindelstock sitzt bei fast allen Drehmaschinen links auf dem Maschinenbett und führt mit einstellbaren Präzisionswälzlagern die Arbeitsspindel. Damit die Formstabilität nicht beeinflusst wird und Stangenmaterial sicher gespannt werden kann, wird die Arbeitsspindel häufig als Hohlwelle aufgeführt. Über Zahnriemen oder Keilriemen und dem Getriebe ist die Arbeitsspindel mit dem Motor gekoppelt. Die Drehmomentbewegung erfolgt dabei von der Hauptspindel über die Werkzeugaufnahmesysteme wie Spannfutter und Spannzangen. Das Getriebe ist oft nur ein bis vierstufig, um eine konstante Schnittgeschwindigkeit bei variablen Drehdurchmessern zu gewährleisten. Auf CNC-gesteuerten Drehmaschinen kommen auch häufig motorisierte Getriebe zum Einsatz, wodurch Bauraum gespart werden kann.

Der maschinelle Vorschub für den Werkzeugschlitten wird meist über das Vorschubgetriebe gesteuert. Wogegen der Schlittenantrieb bei Drehmaschinen mit regelbaren Vorschubmotoren über einen Kugelgewindetrieb erfolgt. Die Vorschubgeschwindigkeit der Schlittenbewegungen wird über integrierte Wegmesssysteme ermittelt und über digitale Positionsanzeigen angezeigt.

Der Werkzeugschlitten von Drehmaschinen besteht aus dem Maschinenbettschlitten mit dem Schlosskasten, dem Planschlitten und dem Oberschlitten mit der Spannvorrichtung zum sicheren Spannen des Drehwerkzeuges. Die Werkzeugplätze von CNC-Drehmaschinen können auch mit mechanisch angetriebenen Werkzeugen ausgerüstet werden. So ist eine Komplettbearbeitung von Drehteilen mit weiteren Fertigungsverfahren wie Fräsen und Bohren möglich.

Bei der Fertigung von Langdrehteilen kommt der Reitstock mittels einer Zentrierspitze für die Abstützung zur Anwendung. Auch dient er zur Aufnahme der Werkstücke zwischen Spitzen und zur Aufnahme für Bohrwerkzeugen. Dünne Drehteile werden mit Lünetten abgestützt, um ein Schwingen und Durchbiegen des Werkstücks aufgrund des Eigengewichts und der Bearbeitungskräfte zu vermeiden.

Welche Typen an Drehmaschinen gibt es?

Drehmaschinen können aus Sicht der Anwendung und anhand der Bauweise sowie Struktur der Maschine unterschieden werden. Für die Einteilung von Drehmaschinen hat der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e. V. (VDW) und der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA) ein Bezugsquellenverzeichnis erstellt, welches Drehmaschinen nach verschiedenen Kriterien unterteilt.

Verfahren für die Drehteile-Fertigung

Leit- und Zugspindeldrehmaschinen

Leit- und Zugspindeldrehmaschinen sind handgesteuerte Drehsysteme und bilden die technische Basis von Universaldrehmaschinen. Diese Art von Drehsystem ist immer als Waagerechtdrehmaschine mit linksseitiger Spindel und rechtsbündigem Reitstock ausgelegt. Anwendern stehen eine Vielzahl an modularen Erweiterungen zur Verfügung und es können alle Drehverfahren sicher ausgeübt werden. Häufige Einsatzgebiete von Leit- und Zugspindeldrehmaschinen sind die Einzel- und Kleinstserienfertigung von Drehteilen, da ein geringer Planungsaufwand und eine hohe Flexibilität eine wirtschaftliche Fertigung gewährleisten.

CNC-Drehmaschinen große Losgrößen

CNC-Drehmaschinen sind computergesteuerte Drehsysteme und kommen in der Großserienfertigung von Drehteilen zur Anwendung, da sämtliche Fertigungsschritte mit einem speicherbaren Programm gesteuert werden. Dies garantiert auch bei großen Stückzahlen eine gleichbleibende Qualität der CNC-Drehteile. Auch verfügen diese hochtechnologisierten Drehsysteme über eine RC-Schnittstelle, dies ermöglicht das direkte Einlesen und Programmieren von CAD-Zeichnungen. Häufig verfügen CNC-Drehmaschinen über eine zusätzliche Hilfsachse. Die Vorschubachsen sind motorisiert und verfügen über ein eigenes Wegmesssystem. Dies entlastet Anlagenbediener und sichert eine hohe Prozessgenauigkeit. Durch modulare Ausbaustufen können die individuellen Fertigungskriterien von Anwendern angepasst werden.

Karusselldrehmaschinen für große Bauteile

Für die Fertigung von Großdrehteilen kommen in der heutigen Fertigungsindustrie Karusselldrehmaschinen mit einer liegenden Planscheibe als Arbeitsspindel zum Einsatz. Das Werkstück wird beim Fertigungsprozess zentrisch auf die horizontal drehende Planscheibe gespannt und mit bis zu drei unabhängigen arbeitenden Drehwerkzeugen bearbeitet. Dies verkürzt die Bearbeitungszeiten und ermöglicht so eine wirtschaftliche Fertigung von Groß- und Langdrehteilen.

Vertikaldrehmaschinen mit kurzen Nebenzeiten

Vertikaldrehmaschinen kommen in Bereichen zur Anwendung, wo Drehteile in großer Stückzahl und mit einer hohen Prozessgenauigkeit gefertigt werden müssen. Beim Fertigungsvorgang übernimmt die Arbeitsspindel die Bearbeitungsoperationen als auch die Automation. So sind Vertikaldrehmaschinen hochtechnologisierte Bearbeitungszentren mit höchster Präzision und kurzen Nebenzeiten.

Flachbettmaschinen für schwere Bauteile

Flachbettdrehmaschinen sind meist als Spitzendrehmaschine mit automatischen Antrieben aufgebaut und verfügen immer über eine horizontales Maschinenbett sowie Arbeitsspindel. Durch die versteifte Bauweise können im Gegensatz zu normalen Spitzendrehmaschinen, starke Bearbeitungskräfte aufgenommen und schwere Drehteile präzise bearbeitet werden. Aufgrund des stabilen Aufbaus der Maschinenkomponenten sind diese Drehsysteme relativ teuer, weshalb häufig Flachbettdrehmaschinen in modularer Bauweise zum Einsatz kommen.

Frontdrehmaschinen für kleine Werkstücke

Frontdrehmaschinen kommen häufig für die Fertigung von Kleindrehteilen zum Einsatz, welche nicht durch den Reitstock abgestützt werden müssen. Durch ein querliegendes oder stehendes Maschinenbett zur Drehachse der Hauptspindel sind kompakte Maschinengrößen und eine gute Zugänglichkeit gewährleistet. Häufige Einsatzgebiete von Frontdrehmaschinen sind z.B. die Schmuck- und Uhrenindustrie.

Maschinen für die Präzisionstechnik

Wenn höchste Qualität und Präzision gefordert sind, kommen Ultrapräzisionsdrehmaschinen für die Fertigung von Präzisionsdrehteilen zum Einsatz. Auch sind diese Drehsysteme zum Hartdrehen von sehr harten Werkstoffen bestens geeignet. Die Bearbeitung der vorgeformten Rohlinge erfolgt in klimatisierten Räumen und die Maschinen sind vom Boden entkoppelt, um eine hohe Prozessgenauigkeit zu gewährleisten. Um die Bearbeitungskräfte besser abdämpfen zu können, verfügen die Führung der Schlitten und die Lagerung der Spindel über aerostatische oder hydrostatische Systeme. Die Entwicklung von Ultrapräzisionsdrehmaschinen passt sich stets den hohen Anforderungen des Marktes an Qualität und Präzision an, sodass auch Präzisionsdrehteile aus gehärtetem Stahl in Großserien gefertigt werden können.

Sondersysteme spezielle Anwendungen

Drehmaschinen in Sonderanfertigung sind in den unterschiedlichsten Branchen der allgemeinen Industrie im Einsatz. Je nach Anforderung werden spezielle Drehmaschinen für die Klein- und Großserienfertigung entwickelt, die den individuellen Fertigungskriterien von Anwendern entsprechen.

Maschinen für die Serienfertigung

Lange Zeit kamen in der Serienfertigung von Drehteilen kurvengesteuerte Drehmaschinen zum Einsatz, welche heute noch in puncto Langlebigkeit, Reparaturfreundlichkeit und Ressourcenersparnis ungeschlagen sind. Doch da die Rüstzeiten von kurvengesteuerten Drehanlagen sehr aufwendig sind, werden in der Serienproduktion von gedrehten Bauteilen immer mehr CNC-gesteuerte Drehmaschinen eingesetzt. Diese flexiblen Bearbeitungszentren sind mit mehreren Werkzeugen bestückt und verfügen über einen in entsprechenden Takten gesteuerten Schlitten. Auch erfolgt die Zuführung der Werkstücke und der Austausch von Werkzeugen automatisiert. So gewährleisten Drehautomaten eine flexible sowie wirtschaftliche Massenfertigung von Automatendrehteilen wie Schrauben und Muttern.

+ Maschinentypen

Welche Typen an Drehmaschinen gibt es?

Drehmaschinen können aus Sicht der Anwendung und anhand der Bauweise sowie Struktur der Maschine unterschieden werden. Für die Einteilung von Drehmaschinen hat der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken e. V. (VDW) und der Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e.V. (VDMA) ein Bezugsquellenverzeichnis erstellt, welches Drehmaschinen nach verschiedenen Kriterien unterteilt.

Verfahren für die Drehteile-Fertigung
+ Leit / Zugspindel

Leit- und Zugspindeldrehmaschinen

Leit- und Zugspindeldrehmaschinen sind handgesteuerte Drehsysteme und bilden die technische Basis von Universaldrehmaschinen. Diese Art von Drehsystem ist immer als Waagerechtdrehmaschine mit linksseitiger Spindel und rechtsbündigem Reitstock ausgelegt. Anwendern stehen eine Vielzahl an modularen Erweiterungen zur Verfügung und es können alle Drehverfahren sicher ausgeübt werden. Häufige Einsatzgebiete von Leit- und Zugspindeldrehmaschinen sind die Einzel- und Kleinstserienfertigung von Drehteilen, da ein geringer Planungsaufwand und eine hohe Flexibilität eine wirtschaftliche Fertigung gewährleisten.

+ CNC-Technik

CNC-Drehmaschinen große Losgrößen

CNC-Drehmaschinen sind computergesteuerte Drehsysteme und kommen in der Großserienfertigung von Drehteilen zur Anwendung, da sämtliche Fertigungsschritte mit einem speicherbaren Programm gesteuert werden. Dies garantiert auch bei großen Stückzahlen eine gleichbleibende Qualität der CNC-Drehteile. Auch verfügen diese hochtechnologisierten Drehsysteme über eine RC-Schnittstelle, dies ermöglicht das direkte Einlesen und Programmieren von CAD-Zeichnungen. Häufig verfügen CNC-Drehmaschinen über eine zusätzliche Hilfsachse. Die Vorschubachsen sind motorisiert und verfügen über ein eigenes Wegmesssystem. Dies entlastet Anlagenbediener und sichert eine hohe Prozessgenauigkeit. Durch modulare Ausbaustufen können die individuellen Fertigungskriterien von Anwendern angepasst werden.

+ Karussell

Karusselldrehmaschinen für große Bauteile

Für die Fertigung von Großdrehteilen kommen in der heutigen Fertigungsindustrie Karusselldrehmaschinen mit einer liegenden Planscheibe als Arbeitsspindel zum Einsatz. Das Werkstück wird beim Fertigungsprozess zentrisch auf die horizontal drehende Planscheibe gespannt und mit bis zu drei unabhängigen arbeitenden Drehwerkzeugen bearbeitet. Dies verkürzt die Bearbeitungszeiten und ermöglicht so eine wirtschaftliche Fertigung von Groß- und Langdrehteilen.

+ Vertikal

Vertikaldrehmaschinen mit kurzen Nebenzeiten

Vertikaldrehmaschinen kommen in Bereichen zur Anwendung, wo Drehteile in großer Stückzahl und mit einer hohen Prozessgenauigkeit gefertigt werden müssen. Beim Fertigungsvorgang übernimmt die Arbeitsspindel die Bearbeitungsoperationen als auch die Automation. So sind Vertikaldrehmaschinen hochtechnologisierte Bearbeitungszentren mit höchster Präzision und kurzen Nebenzeiten.

+ Flachbett

Flachbettmaschinen für schwere Bauteile

Flachbettdrehmaschinen sind meist als Spitzendrehmaschine mit automatischen Antrieben aufgebaut und verfügen immer über eine horizontales Maschinenbett sowie Arbeitsspindel. Durch die versteifte Bauweise können im Gegensatz zu normalen Spitzendrehmaschinen, starke Bearbeitungskräfte aufgenommen und schwere Drehteile präzise bearbeitet werden. Aufgrund des stabilen Aufbaus der Maschinenkomponenten sind diese Drehsysteme relativ teuer, weshalb häufig Flachbettdrehmaschinen in modularer Bauweise zum Einsatz kommen.

+ Front

Frontdrehmaschinen für kleine Werkstücke

Frontdrehmaschinen kommen häufig für die Fertigung von Kleindrehteilen zum Einsatz, welche nicht durch den Reitstock abgestützt werden müssen. Durch ein querliegendes oder stehendes Maschinenbett zur Drehachse der Hauptspindel sind kompakte Maschinengrößen und eine gute Zugänglichkeit gewährleistet. Häufige Einsatzgebiete von Frontdrehmaschinen sind z.B. die Schmuck- und Uhrenindustrie.

+ Präzision

Maschinen für die Präzisionstechnik

Wenn höchste Qualität und Präzision gefordert sind, kommen Ultrapräzisionsdrehmaschinen für die Fertigung von Präzisionsdrehteilen zum Einsatz. Auch sind diese Drehsysteme zum Hartdrehen von sehr harten Werkstoffen bestens geeignet. Die Bearbeitung der vorgeformten Rohlinge erfolgt in klimatisierten Räumen und die Maschinen sind vom Boden entkoppelt, um eine hohe Prozessgenauigkeit zu gewährleisten. Um die Bearbeitungskräfte besser abdämpfen zu können, verfügen die Führung der Schlitten und die Lagerung der Spindel über aerostatische oder hydrostatische Systeme. Die Entwicklung von Ultrapräzisionsdrehmaschinen passt sich stets den hohen Anforderungen des Marktes an Qualität und Präzision an, sodass auch Präzisionsdrehteile aus gehärtetem Stahl in Großserien gefertigt werden können.

+ Sondersysteme

Sondersysteme spezielle Anwendungen

Drehmaschinen in Sonderanfertigung sind in den unterschiedlichsten Branchen der allgemeinen Industrie im Einsatz. Je nach Anforderung werden spezielle Drehmaschinen für die Klein- und Großserienfertigung entwickelt, die den individuellen Fertigungskriterien von Anwendern entsprechen.

+ Serienfertigung

Maschinen für die Serienfertigung

Lange Zeit kamen in der Serienfertigung von Drehteilen kurvengesteuerte Drehmaschinen zum Einsatz, welche heute noch in puncto Langlebigkeit, Reparaturfreundlichkeit und Ressourcenersparnis ungeschlagen sind. Doch da die Rüstzeiten von kurvengesteuerten Drehanlagen sehr aufwendig sind, werden in der Serienproduktion von gedrehten Bauteilen immer mehr CNC-gesteuerte Drehmaschinen eingesetzt. Diese flexiblen Bearbeitungszentren sind mit mehreren Werkzeugen bestückt und verfügen über einen in entsprechenden Takten gesteuerten Schlitten. Auch erfolgt die Zuführung der Werkstücke und der Austausch von Werkzeugen automatisiert. So gewährleisten Drehautomaten eine flexible sowie wirtschaftliche Massenfertigung von Automatendrehteilen wie Schrauben und Muttern.