机床
Werkzeugmaschinen
 

1.我特此宣布，本论文没有帮助第三方使用指定的源和生产工具。所有这些来源已经是这样的了。这项工作在相同或类似的形式没有任何人存在。

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a.这是众所周知的一个组成部分，在研究prüfungsakte达姆施塔特是[§19 ABS.diplomprüfungsordnung /通用部分（7 DPO / AT）从15.1991年7月》（1992年，第23页）在第二次修订版在7.1994年2月（官方公报第441页）]。

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在这项工作中，将现有的技术水平和发展趋势的研究在机床领域的例子显示的铣床。随后，将这项工作作为一个可用的参考文献，总结研究的趋势和存在的铣床。

机床的历史大约开始于1712年，蒸汽机的发明第一托马斯纽科门的机床的发展奠定了基础，使金属工件的加工是可能的。

Erkl?rungen——声明

1. Hiermit erkl?re ich, die vorliegende Studienarbeit ohne die Hilfe Dritter nur mit den angegebenen Quellen und Hilfsmitteln angefertigt zu haben. Alle Stellen, die den Quellen entnommen wurden, sind als solche kenntlich gemacht worden. Diese Arbeit hat in gleicher oder ?hnlicher Form noch keiner Prüfungsbeh?rde vorgelegen.

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b. Ich bin damit——b.我是这样的

dass die Studienarbeit in den Bibliotheksbestand der TU Darmstadt aufgenommen wird und ?ffentlich zug?nglich gemacht wird.

3. Die TU Darmstadt bittet Sie im Interesse eines freien Informationsaustausches, ihr Urheberrecht an der Arbeit zu wissenschaftlichen Zwecken nutzen zu dürfen. Sie k?nnen die Nutzung Ihres Urheberrechts durch die TU Darmstadt ohne Angabe von Gründen und ohne nachteilige Folgen für die Bewertung der Arbeit verweigern.#p#分页标题#e#

Ich bin damit——我是这样的

dass die TU Darmstadt das Urheberrecht an meiner Studienarbeit zu wissenschaftlichen Zwecken nutzen kann.

Aufgabestellung und Zielsetzung der Arbeit

Im Rahmen dieser Arbeit werden der aktuellen Stand der Technik und der Forschung sowie die Trends im Bereich Werkzeugmaschinen am Beispiel Fr?smaschinen angezeigt. Anschlie?end soll diese Arbeit als eine Literaturliste zur Verfügung stehen, die eine Zusammenfassung über die Trends und die Forschung im Bereich Fr?smaschinen vorliegt.

1 Einleitung——引言

1.1 Die historische Entwicklung der modernen Werkzeugmaschinen——现代机床发展的历史

Die Geschichte der Werkzeugmaschinen begann etwa 1712, als Thomas Newcomen die erste Dampfmaschine erfand, die der Grundstein für die Entwicklung von Werkzeugmaschinen, mit denen metallische Werkstücke bearbeitet werden konnten, war. [1]

Der englische Erfinder John Wilkinson baute etwa 1775 eine Horizontalbohrmaschine für die Bearbeitung der Innenfl?chen von zylindrischen Teilen und damit begann die Geschichte der modernen Werkzeugmaschinen. Henry Maudslay entwickelte etwa 1794 die erste Bettdrehmaschine. Die weitere Verbreitung der Werkzeugmaschinen wurde von Joseph Whitworth dadurch, dass er 1830 Messinstrumente erfand, mit denen man auf einen Millionstel Zoll genau messen konnte, fortgesetzt. Die Erfindung von Whitworth war deshalb so wertvoll, weil für die sp?tere Massenproduktion von Ger?ten mit austauschbaren Teilen genaue Messverfahren unverzichtbar waren.

In Europa und den USA wurden fast gleichzeitig die frühesten Versuche stattgefunden, um austauschbare Teile herzustellen. Dafür wurden in erster Linie Koordinatenfeilanlagen, mit denen man per Hand Teile mit im Wesentlichen identischen Abmessungen herstellen konnte, eingesetzt. Etwa 1798 erhielt der amerikanische Erfinder Eli Whitney einen Regierungsauftrag zur Produktion von 10000 Armeegewehren, deren Teile austauschbar sein mussten , deswegen geht Das erste tats?chliche Massenproduktionsverfahren auf Whitney zurück.

Im 19. Jahrhunderts konnte man mit gew?hnlichen Werkzeugmaschinen wie Drehmaschinen, Sto?maschinen, Hobelmaschinen, Schleifmaschinen und S?gen sowie mit Fr?s-, R?um- und Bohrmaschinen bereits eine relative hohe Ma?genauigkeit erreichen.

Nach 1920 spezialisierte sich der Anwendungsbereich einzelner Werkzeugmaschinen. Von 1930 bis 1950 ist man gelungen, leistungsf?higere und stabilere Werkzeugmaschinen zu bauen, um den inzwischen verfügbaren verbesserten Schneidstoffen Rechnung zu tragen.

Anfang des 20. Jahrhunderts konnte man gr??ere Werkzeugmaschinen bauen und zudem ihre Genauigkeit erh?hen.

Die spezialisierten Werkzeugmaschinen haben eine sehr kostengünstige Herstellung normierter Teile erm?glicht. Diese Maschinen konnten nicht auf die Produktion verschiedenartiger Teile oder auf ge?nderte Normen umgestellt werden, sie waren wenig anpassungsf?hig. Daher versuchte man Werkzeugmaschinen zu entwickeln, die ?u?erst flexibel und genau sind und an eine Steuerung mittels Computer angepasst werden k?nnen. Diese Maschinen und auch komplex gestaltete Produkte kostengünstig sind inzwischen überall in Gebrauch. [13]

1.2 Allgemeines über Werkzeugmaschinen—— 一般在机床 

?Eine Werkzeugmaschine ist eine Arbeitsmaschine, die ein Werkzeug an einem Werkstück unter gegenseitiger bestimmter Führung zur Wirkung bringt“. [2]

Werkzeugmaschinen und den Betriebsmitteln (Werkzeuge, Vorrichtungen, Mess- und Prüfmittel) ist ein Teil von den Fertigungsmitteln. Sie sind notwendig, um eine Fertigung im Bereich der Produktionstechnik aufrecht zu erhalten.

Mit den Werkzeugmaschinen kann man Werkstücke aus festen Materialien (z. B. Metall) zu verschiedenen Produkten verarbeiten. Die gewünschte Form erfolgt, indem man Material vom Werkstück mit Hilfe eines auf der Maschine angebrachten Werkzeugs abgetragen (z.B. Fr?sen) oder es in die gewünschte Form gepresst wird.

Die gegenseitige Führung von Werkstück und Werkzeug (Richtung in der ich fr?sen darf) und die Richtung, mit der beide w?hrend der Bearbeitung zueinander bewegt werden (Winkel wie man fr?sen darf) sowie die Geschwindigkeit sind die entscheidende Punkte bei der Fertigung.

Werkzeugmaschinen werden zur Herstellung von Maschinen- oder Werkzeugteilen eingesetzt und geh?ren zu den wichtigsten Grundlagen der modernen Industrie. [13]

Nach DIN 69 651/1.2/ ist eine Werkzeugmaschine definiert als:

?Mechanisierte und mehr oder weniger automatisierte Fertigungseinrichtung, die durch relative Bewegung zwischen Werkstück und Werkzeug eine vorgegebene Form am Werkstück oder eine Ver?nderung einer vorgegebenen Form an einem Werkstück erzeugt“ [3]

1.3 Einteilung der Werkzeugmaschinen—— 机床的分类 

Die Werkzeugmaschinen unterteilt man üblicherweise nach:

¨ Arbeitsverfahren (siehe Abb.1)

Hierbei unterscheidet man zwischen:

a) Werkzeug für die spanlose Formgebung

* H?mmer

* Pressen

* Biegemaschinen

* Scheren

* Ziehmaschine

b) Werkzeug für die spannende Formgebung

* Drehmaschinen

* Hobelmaschinen

* Fr?smaschinen

* Schleifmaschinen

* S?gemaschinen

¨ Einsatzbreite (Universalmaschinen, Mehrzweckmaschinen, Sondermaschinen)

¨ Anwendungsfeld (Maschinen für Einzelfertigung, Kleinserienfertigung, Massen-

Fertigung)

¨ Technolgiebezogene Merkmale (z.B. weg-, kraft- und energiegebundene Um-

Formmaschine

¨ Lage der Hauptspindel (horizontal, vertikal, überkopf)

¨ Bauart (z.B. Frontdrehmaschinen, Schr?gbettdrehmaschinen usw.)

¨ Steuerungstechnik (manuell, konventionell, NC-Gesteuerte)

¨ Automatisierungsgrad

¨ Einbindung in den Fertigungsprozess (Einzelmaschine, Mehrmaschinensystem

Transferstra?en). [4]

Abbildung 1 Klassifizierung von Werkzeugmaschinen nach den Fertigungsverfahren [2][3]#p#分页标题#e#

1.4 Allgemeines über Fr?sen—— 广义上的铣削 

?Fr?sen ist ein spannendes Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmten Schneiden. Die meist mehrzahnigen Werkzeuge führen eine kreisf?rmige Schnittbewegung aus. Die Schnittbewegung wird durch eine Rotation des Werkzeuges erzeugt. Die Vorschubbewegung ist senkrecht oder schr?g zur Drehachse des Fr?sers gerichtet. Dadurch k?nnen beliebig geformte Werkstückfl?chen bis auf wenige Ausnahmen erzeugt werden“. [2]

Das Fr?sen wird mit drehenden mehrschneidigen Werkzeugen entstanden. Das Fr?sen ist durch eine diskontinuierliche Spanabnahme (rhythmisch wiederkehrende Spanunterbrechung und Schnittkraftschwankung) gekennzeichnet. Das Werkzeug führt die rotierende Hauptbewegung aus und das Werkstück führt regelm??ig die Zustell- und Vorschubbewegung aus. Dabei werden ebene und gekrümmte Fl?chen an Werkstücken hergestellt. Die Zerspankraft bleibt nicht gleich, weil die Schneiden nicht immer im Eingriff der Spanungsquerschnitt. Dabei müssen die einzelnen Schneiden weniger Zerspanw?rme aufnehmen und die Sp?ne k?nnen besser abgeführt werden. Das hat auch den Nachteil ziemlich die Entstehung von leichter Erw?rmung Abkühlung und Schwingungen, die für Werkzeug, Werkstückoberfl?che und Maschine Schaden verursachen k?nnen. [5][13]

Verschiedene Merkmale beeinflusst der Fr?svorgang z.B.

- die Art und die Leistung der zu Verfügung stehenden Fr?smaschinen.

- das Fr?swerkzeug und dessen Schnittbedingungen.

- das zu fr?senden Werkzeug, der Stabilit?t und Form des Fr?sens.

Je nach der Art der Erzeugung ebener Fl?chen unterscheidet man zwischen Stirnfl?chen Umfangsfr?sen und Stirnumfangsfr?sen.

2 Fr?smaschinen—— 铣床 

Durch die Fr?smaschinen werden die spanende Bearbeitung mit umlaufenden, ein- oder mehrschneidigen Werkzeugen gedient. Sich fortlaufend ?ndernde Zerspankr?fte werden nach Gr??e und Richtung durch die Zahneingriffverh?ltnisse entstanden. Fr?smaschinen setzen hohen statischen und dynamischen Beanspruchungen aus.

Die Zerspanbedingungen, die bei der Bearbeitung eines Werkstückes anwendbar sind, werden durch das schw?chste Element im Kraftfluss zwischen Werkstück, Werkzeug, Maschine und Spannvorrichtung festgelegt.

hohe geometrische Genauigkeit und Spielfreiheit der Führungen und Vorschubantriebe sind zur Erzeugung von winkeligen, ebenen und formtreu gew?lbten Schnittfl?chen, sowie von einer guten Widerholgenauigkeit beim Positionieren, verlangt. [14][15]

Wegen der Vielf?ltigkeit der Bearbeitungsaufgaben haben sich bei den Fr?smaschinen entsprechende Grundbauformen entwickelt. Diese Grundbauformen sind auf der Art der Bearbeitung und die Werkstückgr??en zusammengepasst. [4]

2.1 Fr?sverfahren
Die Einteilung der Fr?sverfahren nach DIN 8589 Teil 3 ist in Abb. 2.1

Dargestellt.

Abbildung 2.1 Einteilung der Fr?sverfahren [8]

Unterscheidung nach den Fr?sverfahren :

Planfr?sen zur Erzeugung von ebenen Fl?chen z.B. Dichtungsfl?chen von Flanschen, Motor- oder Getriebegeh?usen, Führungsbahnen von Werkzeugmaschinen usw. durch eine geradlinige Vorschubbewegung. und ordnet sich in Umfangs-Planfr?sen (Walzenfr?ser), Stirn-Planfr?sen (Messerkopf), Stirn-Umfangsfr?sen (Walzenstirnfr?ser oder Schaftfr?ser). (siehe Abb.2.2) [9]

Stirnplanfr?sen Umfangsplanfr?sen
W?lzfr?sen zur Erzeugung von Zahnr?dern oder Keilwellen. Die Fr?sachse ist beim Walzfr?sen parallel zur bearbeiteten Fl?che des Werkstücks. Der W?lzfr?ser arbeitet nur mit den Umfangsschneiden und hat eine profilierte Zahnform. Die Belastung von Werkzeug und Maschinen ist ungleichm??ig wegen des ungleichm??igen Spans (siehe Abb.2.3). [14]

Ein Fr?ser mit Bezugsprofil kann beim W?lzfr?sen eine mit der Vorschubbewegung simultane W?lzbewegung ausführen. Dabei w?lzen Werkzeug und Werkstück in der Verzahnmaschine so miteinander wie zwei fertigverzahnte R?der in einem Getriebe.[10]

Profilfr?sen beim Profilfr?sen Verwendet man ein Werkzeug mit werkstückgebundener Form zur Erzeugung von Führungen mittels L?ngs-Profilfr?sen mit geradliniger Vorschubbewegung des Fr?sers, Formprofilfr?ser mit beliebiger, zwei- oder dreidimensionaler Fr?servorschubbahn und Rund-Profilfr?sen mit kreisf?rmiger Vorschubbewegung des Fr?sers. Es bildet sich das Profil des Werkzeuges auf dem Werkstück ab (Abb.2.4). [9][10]

Schraubfr?sen zur Erzeugung von Spindeln, Gewinden oder Zylinderschnecken. Beim Schraubfr?sen entstehen unter wendelf?rmiger Vorschubbewegung schraubenf?rmige Fl?chen am Werkstück (Abb.2.5). [10]

Rundfr?sen zur Erzeugung zylindrischer Fl?chen mittels Au?en-Rundfr?sen und Innen-Rundfr?sen (siehe Abb.2.6). Beim Rundfr?sen rotiert zus?tzlich zum Werkzeug auch das Werkstück Beispiele: gro?e Bohrungen, lange Druckwalzen. Rundfr?sen gliedert sich in Umfangs-Rundfr?sen(Die Werkzeugachse ist parallel zur Zylinderachse), Stirn-Rundfr?sen(Die Werkzeugachse steht senkrecht zur Zylinderachse) und Stirnumfangs-Rundfr?sen(Die Werkzeugachse steht senkrecht oder ist parallel zur Zylinderachse) (Abb.2.6). [9]

Innen-Rundfr?sen Au?en-Rundfr?sen Stirn-Umfangsrundfr?sen

Formfr?sen (auch Kopierfr?sen, Profilfr?sen oder Gesenkfr?sen genannt) werden durch Bohr-Fr?sbearbeitung komplizierte Formen, Kammern und gew?lbte Fl?chen gefr?st. Zur Herstellung beliebiger r?umlicher Fl?chen mittels Freiformfr?sen(durch Drehen des Handrades) (Gravieren), Nachformfr?sen(durch eine Schablone), kinetische Formfr?sen(durch Kurvenscheibe, Trommelkurven, Getriebe) und NC-Formfr?sen(durch das NC-Programm der Steuerung) (siehe Abb.2.7). [9]

Abbildung 2.7 Formfr?sen [10]

Schlagzahnfr?sen zur Erzeugung von ebenen Fl?chen. Der Fr?ser hat nur eine Schneide und kann auch bei einem Winkelfehler der Fr?sspindel, bei Spiel in der Fr?sspindel, bei wechselnden Schnittkr?ften, oder bei nicht exakt gleich langen Fr?serz?hnen (Messerkopf) hohe Oberfl?chengüten erzeugen. [16]#p#分页标题#e#

2.1.1 Gleichlauffr?sen
Der Fr?ser führt die Kreisf?rmige Schnittbewegung und das Werkstück die geradlinige Vorschubbewegung aus.

Beim Gleichlauffr?sen (Abb.2.8) sind die Richtung der Schneide des rotierenden Werkzeugs und die Richtung des Vektors der Vorschubsrichtung gleichgerichtet. Beim Gleichlauffr?sen wird absolute Spielfreiheit bzw. hohe Steifigkeit der Vorschubeinheit von der Vorschubeinrichtung des Schlittens der Werkzeugmaschine erfordert. Dabei sind die erreichbaren Oberfl?chengüten besser und der Freifl?chenverschlei? im Allgemeinen geringer. [17]

Die Verarbeitung wird mit der gr??ten Spandicken und damit mit ausreichender Spanungsdicke beginnen, so dass es zu einem steilen Kraftanstieg beim Eintritt in das Werkstück kommt. An das Werkzeug wird das Werkstück angezogen und auf die Tischfl?che gepresst. Die absolute Spielfreiheit bzw. hohe Steifigkeit der Vorschubeinheit vermeidet ein ruckartiges Einziehen des Werkstücks in das Werkzeug (Rattern). Alle modernen Bearbeitungsmaschinen mit Kugelumlaufspindeln erfüllen diese Bedingung und das ist die günstigere Bearbeitungsvariante für moderne Schneidstoffe .Bei einigen Anwendungen, wie z.B. dem Hartfr?sen, ist das Fr?sen im Gleichlauf sogar die einzig erfolgversprechende Bearbeitungsart. [11][17]

Vorteile:

- l?ngere Werkzeugstandzeiten zu erwarten

- Gro?e Schnitttiefen m?glich

Nachteile:

- Bei konventionellen Fr?sern besteht die Gefahr des Einhakens

2.1.2 Gegenlauffr?sen
Beim Gegenlauffr?sen (Abb.2.9) sind die Richtung der Schneide des rotierenden Werkzeugs und die Richtung des Vektors der Vorschubrichtung einander entgegengerichtet. Der Schnittvorgang wird mit Spanungsdicke Null(die Schneide will dem Werkstück ausweichen und ?drückt“) beginnen. Die Schnittkraft, die dabei entsteht wirkt entgegen der Vorschubkraft. Beim Gegenlauffr?sen wird eine stabile Aufspannung des Werkstücks auf den Maschinentisch erfordert, so dass ein Abheben verhindert werden k?nnen. [11][17]

Vorteile:

- Beim Gegenfr?sen wird das Einhaken des Fr?sers verhindert

- Ausrei?en des Werkstücks m?glich

Nachteile:

- kürzere Werkzeugstandzeiten

Fazit: In der Praxis wird Gleichlauffr?sen mehr als Gegenlauffr?sen bevorzugt angewendet.

Ausnahmen:

- Bearbeitung harter Werkstückoberfl?chen, z.B. Gusshaut, Schmiedehaut, die beim Gegenlauffr?sen von unten heraus aufgebrochen wird.

- Herstellung tiefer, schmaler Nuten, da die Sp?ne beim Gegenlauffr?sen leichter entfernt werden k?nnen. [9]

2.2 Fr?swerkzeuge—— 铣削工具 

Nach den vielseitigen Einsatzm?glichkeiten der Fr?sverfahren ist eine Vielzahl von Werkzeugen entwickelt worden. Die Fr?swerkzeuge unterschieden sich im Wesentlichen durch ihren Anwendungszweck.

Die Fr?swerkzeuge unterteilt man üblicherweise nach:#p#分页标题#e#

¨ Dem Zweck: Nuten- , Prismen- oder Formfr?sen.

¨ Dem Werkzeugaufbau: Vollfr?ser oder Wendeplattenfr?ser.

¨ Dem Mitnahme: Aufsteckfr?ser oder Schaftfr?ser.

¨ Der Anordnung der Z?hne: Mantelschneiden, Stirnschneiden

¨ Der Form der Z?hne: Spitzverzahnte und hinter drehte Fr?ser

¨ Der Form des Meridians: Zylindrischer Fr?ser, Kegelfr?ser,

Profilfr?ser

¨ Dem Verlauf des Z?hne: Gerade oder schraubenf?rmig gerichtete

Z?hne.[9][14]

Arten von Fr?swerkzeugen:
? Fr?sk?pfe/Eckfr?ser und Planfr?ser (Abb.2.10):
Der Fr?skopf ist als aufsteckbarer Stirnfr?ser gekennzeichnet, dessen Hauptschneiden stirnseitig liegt d.h. seine Hauptaufgabe eine ebene Fl?che zu erzeugen. Mit dem Eckfr?ser k?nnen Abs?tze hergestellt oder Bohrungen erweitert werden.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:
¨ Sie haben stirnseitig in der Regel zwischen 5-50 Schneiden in Form von Schneidplatten.

¨ Die erzeugte Oberfl?che und die Fr?sachse stehen senkrecht zueinander.

¨ Sie haben eine zentrische Bohrung, die zur Zentrierung und Aufnahme dient.

¨ Die radiale Mitnahme erfolgt über eine Quernut.

¨ Sie erm?glichen hohe Zerspanungsleistungen.

Eckfr?ser Planfr?ser
Anwendungsgebiete:
¨ Einsetzen auf Waagrecht- und Senkrechtfr?smaschinen ist m?glich.

¨ Mit Planfr?sk?fen oder Eckfr?sk?pfen k?nnen ebene Fl?chen erzeugt werden.

¨ Mit Eckfr?sk?pfen werden rechtwinkeliger Abs?tze hergestellt und Nuten gefertigt.

¨ Mit runden Schneidplatten und Eckfr?sk?pfen k?nnen Freiformfl?chen hergestellt werden. [9]

? Schaftfr?ser (Abb.2.11):
Die Schaltfr?ser besitzen als wesentlichen Kennzeichen einen integrierten Schaft, der in einer Fr?seraufnahme eingesetzt wird.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:

¨ Sie haben eine zylindrische Umfangsfl?che mit 2-8 Schneiden und Stirnschneiden.

¨ Sie sind meist spiral- aber auch geradgenutet.

¨ Die radiale Mitnahme erfolgt über den meist zylindrischen Schaft mit/ohne Spannfl?che

Schafteckfr?ser Schaftschruppfr?ser

Anwendungsgebiete:
¨ Einsetzen auf Waagrechte- und Senkrechtefr?smaschinen ist m?glich.

¨ Offener und geschlossener Nuten k?nnen erzeugt werden.

¨ Mit dem Langlochfr?ser k?nnen Bohrungen hergestellt werden.

¨ Aller metallischen Werkstoffe k?nnen verarbeitet werden. [9]

? Scheibenfr?ser (Abb.2.12):

Scheibenfr?ser sind Fr?ser, die eine Form von Scheiben haben und ihre Breite ist im Vergleich zum Durchmesser gering.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:
¨ Sie haben Umfangsschneiden und mindestens an einer Stirnseite Schneiden.

¨ Zwei oder drei Fl?chen werden gleichzeitig hergestellt.

¨ Die radiale Mitnahme erfolgt über L?ngsnut oder eine stirnseitige Quernut.#p#分页标题#e#

¨ Scheibenfr?ser werden von einem Fr?sdorn aufgenommen.

Anwendungsgebiete:
¨ Einsetzen auf Waagrecht- oder Senkrecht-Fr?smaschinen ist m?glich.

¨ Ebene Fl?chen, oder rechtwinkeliger Abs?tze k?nnen hergestellt werden.

¨ Nuten geringer Tiefe und gro?er Tiefe k?nnen mit geradverzahnten oder mit kreuzverzahnten Scheibenfr?ser gefertigt werden.

¨ Mit Scheibenfr?sern geringere Schnittbreite(Trennfl?chen) k?nnen Material getrennt werden. [9]

? T-Nutenfr?ser (Abb.2.13):

Nutenfr?ser dienen speziell der Herstellung von Nuten und daher Formfr?ser.

Sie besitzen folgende Eigenschaften:

¨ Sie sind gerad-, kreuz- oder pfeilverzahnt.

¨ Sie haben Umfangsschneiden und an jeder Stirnseite Schneiden.

¨ Drei Fl?chen werden gleichzeitig erzeugt.

¨ Sie erm?glichen eine hohe Produktivit?t.

¨ Nutenfr?ser werden von einem Fr?sdorn aufgenommen.

Abbildung 2.13 T-Nutenfr?ser [18]

Anwendungsgebiete:

¨ Einsetzen auf Waagrecht- und Senkrecht-Fr?smaschinen ist m?glich.

¨ Rechtwinkeliger Abs?tze k?nnen erzeugt werden.

¨ Nuten gro?er Tiefe mit kreuzverzahnten Nutenfr?ser k?nnen gefertigt werden.

¨ Aller metallischen Werkstoffe k?nnen verarbeitet werden. [9]

2.3 Bauformen und die wichtigsten Ausführungsarten(Typen) von Fr?smaschinen—— 结构形式及主要ausführungsarten铣床（类型） 

Die Fr?smaschinen werden nach folgenden Kriterien gebaut:

? Die Lage der Hauptspindel: waagerechte ,senkrechte oder schwenkbare Spindel.

? Der konstruktive Aufbau des Gestells (Bett, Konsole, Portal).

? Die Art und die Anordnung des Tisches (Werkstücktr?ger).Gro?e, schwere Werkstücke werden auf Maschinen bearbeitet, die die Vorschubbewegungen durch das Werkzeug ausführen l?sst. Kleinere Werkstücke werden mit Vorschubbewegungen des Tisches bei fester Lage der Arbeitsspindel bearbeitet, wenn keine anderen Forderungen dagegen sprechen.

? Die Zuordnung der Bewegungsachsen.

? Die Lage der Bewegungsachsen.

? Die Art der Steuerung: von Hand, verschiedene Kopiersteuerung, NC-Steuerung. [2][3]

Wegen der Vielf?ltigkeit der Einsatzvarianten gibt es viele unterschiedliche Bauarten von Fr?smaschinen.

Je nach Bauformen unterteilt man die Fr?smaschinen üblicherweise nach:

¨ Bettfr?smaschinen

¨ Konsolfr?smaschinen (Waagrecht- und Senkrecht-Konsolfr?smaschinen)

¨ Langfr?smaschinen.

¨ Portalfr?smaschinen.

¨ St?nderfr?smaschinen.

¨ Kreuztischfr?smaschinen.

¨ Bohr- und Fr?smaschinen.

¨ HSC (High speed-Cutting) Fr?smaschinen.

¨ Sonderfr?smaschinen z.B. Gewindefr?smaschinen oder W?lzfr?smaschinen.

3 Konstruktiver Aufbau der Fr?smaschinen—— 积极构建铣床 

Die Fr?smaschinen werden aus unterschiedlichen Gesichtspunkten wie z.B. nach konstruktiven Merkmalen unterschieden, nach bestimmten Einsatzm?glichkeiten oder nach Steuerungsart benannt.

3.1 Bettfr?smaschinen
Die Benennung von Bettfr?smaschinen führt nach dem Maschinenbett, auf das sich die ganze Maschine aufgebaut wird. Die H?henlage des Aufspanntisches und damit des Werkstücks bleibt unver?nderlich. Entsprechend dagegen sind die Konsolfr?smaschinen. Die H?henlage des Tisches ist bei Konsolfr?smaschinen ver?nderlich.

Die Bettfr?smaschinen werden bei der Bearbeitung schwerer Werkstücke bei unver?nderlicher H?henlage des Aufspanntisches eingesetzt.

Bauweisen der Bettfr?smaschinen:

Der Aufbau der Bettfr?smaschinen ist oft modular und kann den Beanspruchungen des Anwenders angepasst werden.

Bettfr?smaschinen setzen sich meistens aus einem Unterteil und einem St?nder, der eine Vertikalführung besitzt, und aus einer Querführung, zusammen. Der St?nder wird mit dem Unterteil fest verschraubt. Eine Horizontalfr?seinheit oder eine Vertikalfr?seinheit ist in der Vertikalführung in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet. Die Querführung wird vom Grundstell getragen. Auf der Querführung ist ein Kreuzschlitten, auf dem der Maschinenl?ngstisch gleitet. [14]

In Abb.3.1 ist eine schematische Darstellung der Bettfr?smaschine dargestellt.

Je nach Anordnung der Hauptspindel unterteilt man die Fr?smaschinen üblicherweise nach Vertikal- und Horizontalfr?smaschinen. Die meisten Bettfr?smaschinen k?nnen wahlweise mit Fr?seinheiten der einen oder anderen Art ausgeschaltet werden und bieten darüber hinaus Kombinationsm?glichkeiten.

Vertikal-Bettfr?smaschinen (siehe Abb.3.2)
Die Querbewegung wird von der Fr?seinheit ausgeführt. Daraus resultieren der gro?e Querweg und die hervorragende Bedienerführung.

¨ vertikal- und Querführung sind auf Zug und Druck belastet.

¨ L?ngsführung hat tragende Funktion.

¨ Linearführung mit Rollenumlaufeinheiten.

¨ Vertikalfr?skopf manuell schwenkbar +/- 90°. [19]

Horizontal- Vertikal-Bettfr?smaschine (siehe Abb.3.3)

¨ Hohe Motorleistung mit geregelten AC-Motoren.

¨ Spindelaufnahme.

¨ Hydromechanischer Werkzeugeinzug.

¨ Hydraulischer Gewichtsausgleich für die Vertikalbewegung.

¨ Hintere Bettstützung.

¨ Hohe Zerspannleistung. [19]

Abbildung 3.3 Horizontal- Vertikal- Bettfr?smaschine (Reckermann) [19]

Universal-Bettfr?smaschine (siehe Abb.3.4)

Die Universalfr?smaschinen besitzen gegenüber der waagrecht- Fr?smaschine einen schwenkbaren oder austauschbaren Fr?skopf. Auf Universalfr?smaschinen k?nnen neben dem waagrecht-, senkrecht- und Winkelfr?sen auch mit Hilfe eines Teilapparates z.B. Schraubennuten in Drehk?rper gefr?st werden. Sie werden bei der Bearbeitung viele Werkstücke mit Fr?s- und Bohrbearbeitung im Werkzeug- und Formenbau sowie in der Einzelproduktion eingesetzt. [5]#p#分页标题#e#

Die Bewegungen der drei Koordinatenrichtung (x, y, z) werden bei den Bettfr?smaschinen auf Tisch, St?nder und Fr?seinheit aufgeteilt, das Werkstück übernimmt eine oder zwei Achsen, das Werkzeug übernimmt eine, zwei oder drei Achsen.

¨ Tisch führt L?ngsbewegung aus.

¨ St?nder führt Querbewegung aus.

¨ Fr?seinheit führt Vertikalbewegung aus.

Nach der Achsenzuordnung unterteilt man die Bettfr?smaschinen nach:

a) Kreuztisch-Fr?smaschine, mit einer Werkzeug- und zwei Werkstückachsen (Abb.3.5-a).

b) Tisch-Fr?smaschine, mit zwei Werkzeug- und einer Werkstückachse mit starrem St?nder (Abb.3.5-b).

c) Tisch-Fr?smaschine, mit zwei Werkzeug- und einer Werkstückachse mit querverfahrbarem St?nder (Abb.3.5-c).

d) Starrtisch-Fr?smaschine mit drei Werkzeugachsen mit l?ngsverfahrbarem St?nder (Abb.3.5-d).

e) Starrtisch-Fr?smaschine mit drei Werkzeugachsen mit querverfahrbarem St?nde (Abb.3.5-e).[6]

a ) b) c)

d) e)

a) Kreuztisch-Fr?smaschine, mit einer Werkzeug- und zwei Werkstückachsen.

b) Tisch-Fr?smaschine, mit zwei Werkzeug- und einer Werkstückachse mit starrem

St?nder

c) Tisch-Fr?smaschine, mit zwei Werkzeug- und einer mit querverfahrbarem

St?nder.

d) Starrtisch-Fr?smaschine mit drei Werkzeugachsen mit l?ngsverfahrbarem

St?nder.

e) Starrtisch-Fr?smaschine mit drei Werkzeugachsen mit querverfahrbarem

St?nder.

3.1.1 Kreuztischfr?smaschinen
Bei der Kreuztischbauweise führt der Kreuztisch, der auf den breiten Führungsbahnen des Bettes liegt, Bewegungen in den zwei Bearbeitungsebenen aus. Der Fr?sschlitten übernimmt die vertikale Zustellung. Dadurch ergibt sich eine hohe statische und dynamische Steifigkeit. [5]

In Abb. 3.6 ist eine CNC- Kreuztisch-Fr?smaschine dargestellt. Sie wird mit dem CNC-Rundtisch und mit einem CNC-gesteuerten Fr?skopf ausgerüstet. Als ?nderung wird diese Maschine mit L?ngstisch und einem festen Fr?skopf ausgeführt. [6]

3.1.2 Tischfr?smaschinen
Bei der Tischbauweise führt die werkzeugtragende Baugruppen (meist der St?nder) zwei Vorschubbewegungen auf das Bett aus. Am St?nder gleitet der Spindelstocktr?ger in Flachführungen in vertikaler Richtung. Der Spindelstock führt eine horizontale Bewegung aus. über zwei Ketten oder Stahlseile mit dem Spindelstocktr?ger ist ein Gegengewicht, das die bewegte Masse, die sich im inneren des St?nders befindet und dient zur Entlassung der Führungen, ausgleicht, verbunden. [5]

In Abb.3.7 ist eine Tisch-Fr?smaschine mit starrem St?nder dargestellt.

1.St?nder 2.Fr?seinheit 3.Universalfr?skopf 4.Antriebsmotor 5.Arbeitstisch 6.Adapter 7.Trommelmagazin 8.Doppelgreifer 9.Steuertableau 10.Steuerschrank

Abbildung 3.7 Tisch- Fr?smaschine mit starrem St?nder (Kekeisen) [6]#p#分页标题#e#

Der St?nder führt eine senkrechte Bewegung in der Z-Achse aus. Die Fr?seinheit führt die Querbewegung in der Y-Achse aus. Der Universalfr?skopf ist um die zwei rechtwinklig zueinander angeordneten Achsen A und C drehbar. Diese zwei Drehungen des Fr?skopfes h?ngen voneinander nicht ab. (Patent der Firme Kekeisen)[6]

3.1.3 Fahrst?nder Bettfr?smaschinen
Sie haben als Gestell ein Maschinenbett in T-f?rmiger Bauweise. Der Fahrst?nder ist eine kastenf?rmige Gussausführung hoher Stabilit?t. Der Werkzeugtr?ger bewegt sich an dem Fahrst?nder.

Bauweisen der Fahrst?nder-Bettfr?smaschine:

Ein geschlossener Fahrst?nder mit einem Universalfr?skopf wird auf dem Maschinenbett verfahren, so dass zwei Bewegungsachsen dem Werkzeug zugeordnet sind. Durch dreh- oder schwenkbare Tischausführungen kann das Werkstück neben dem Verfahren der dritten Achse zus?tzliche NC-Achsen erhalten. [2]

In Abb.3.8 ist eine Grundmaschine in Fahrst?nder-Bett-Bauweise dargestellt.

Abb.3.9 zeigt eine Universal- Fahrst?nderfr?smaschine der Firma Kekeisen.

Diese Universal Fahrst?nder Bettfr?smaschine wird gro?artig für die vierseitige Bearbeitung von sehr gro?en und sperrigen Teilen konzipiert. Werkstücke mit hohem Gewicht oder mit übergr??e k?nnen wegen des ruhenden Tisches immer mit gleicher bleibender Dynamik bearbeitet werden. Der Bedienmann kann durch das mitfahrende Podest jederzeit dicht am Ort des Ereignisses sein. Die absolute Trennung zwischen Bett und Tisch erm?glicht es, diesen entsprechend den Erfordernissen zu ver?ndern z.B. als Plattenfeld oder mit Absetzung für einen Rundtisch. [20]

3.2 Portalfr?smaschinen
Die Benennung von Portalfr?smaschinen führt nach dem Portal, das durch die Ausführung des Fr?skopfes an einem Querbalken zwischen zwei St?nder gebildet wird.

In Abb. 3.10 ist eine schematische Darstellung der Portalfr?smaschine dargestellt

3.2.1 Portalfr?smaschinen mit starren St?nder
Sind Fr?smaschinen mit einer Werkstück- und zwei Werkzeugachsen, die mit einem starren in Portalbauweise ausgeführten St?nder konzipiert werden.

In Abb.3.11 ist eine Portalfr?smaschine in Tisch- Bauweise mit starrem St?nder von der Firma DROOP & REIN dargestellt.

?Der St?nder 1 dieser Maschine ist in Portalbauweise ausgeführt. Er besteht aus dem Maschinenfu? und dem angeschraubten Querhaupt, an welchem ein Kreuzsupport 2 entlang der Y-Achse geführt wird. Der Spindelkasten 3 wird auf dem Kreuzsupport l?ngs der Z-Achse geführt. Der Tisch 5 bewegt sich auf dem feststehenden Bett in X-Richtung. Der Gabelfr?skopf 4 ist um A-, B- und C-Achse schwenkbar. Der Schaltschrank 7 mit allen Anschlüssen für die elektrischen, hydraulischen und pneumatischen Versorgungen des Spindelkastens befindet sich über dem Spindelkasten. Die Vorschubantriebe werden durch die Servomotoren 6 angetrieben. Die Steuerung 8 ist mit einem Handhabungsger?t zum Positionieren 9 ausgerüstet“. [12]#p#分页标题#e#

3.2.2 Portalfr?smaschinen in Gantry Bauweise
Als Gantry-Antrieb bezeichnet man eine Werkzeugmaschine, bei der sich ein Bewegungssystem einer geometrischen Achse speziell bewegt. Dabei wird der gesamte St?nder der Maschine bewegt oder bei einer Portalbauform wie einer Portalfr?smaschine wird beider St?nder zugleich bewegt. [16]

In der Gantry Bauweise wird das Werkstück auf einem starren Tisch gespannt und alle drei Bewegungsachsen werden dem verfahrbaren Maschinenportal zugeordnet. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die gesamte Maschine nur noch so lang sein muss, wie das l?ngste zu bearbeitende Werkstück bzw. die Aufspannplatte. [2]

Die Abb.3.12 zeigt den schematischen Aufbau von Portalfr?smaschine in Gantry Bauweise

In Abb.3.13 und Abb.3.14 sind Portalfr?smaschinen mit Gantry Bauweise dargestellt.

3.3 Konsolfr?smaschinen
Konsolfr?smaschinen werden infolge ihres relativ niedrigen Preises und ihrer gro?en Universalit?t und Flexibilit?t bei der Bearbeitung kleiner bis mittelgro?er Werkstücke sowie zur Werkzeugfertigung und für den Werkstattbetrieb bevorzugt in verschiedenen Bauweisen eingesetzt, obwohl sie wegen ihrer geringeren Steifigkeit zunehmend von stabileren Systemen verdr?ngt werden. Je nach Anordnung der Hauptspindel unterteilt man die Konsolfr?smaschinen üblicherweise nach waagrechten, senkrechten und kombinierten Konsolfr?smaschinen.

Abb.3.15 zeigt die Grundbauform von Konsolfr?smaschinen.

Bauweisen der Konsolfr?smaschine:
Die Konsolfr?smaschinen bestehen aus einem St?nder mit gegossener Grundplatte, einem Ausleger, einem Kreuzschlitten, der die Führung für den in der X-Achse verfahrbarem L?ngstisch tr?gt und die Querbewegung in der Y-Achse ausführt und aus einer Konsole für die Vertikalbewegung in der Z-Achse (siehe Abb.3.17 ). Die Konsolfr?smaschine eignet sich zum Fr?sen verschiedenen Aufgaben.

Die Abb.3.16 zeigt schematische Darstellungen für eine waagerechte, eine senkrechte und eine kombinierte Konsolfr?smaschine.

a)Waagrechte Konsolfr?smaschine

b)Senkrechte Konsolfr?smaschine

c)Kombinierte Konsolfr?smaschine

Die Fr?sdorngegenlagen werden bei den waagrechten Konsolfr?smaschinen auf dem verschiebbaren Ausleger aufgenommen aber bei den senkrechten und bei den kombinierten Konsolfr?smaschinen werden die schwenkbaren Fr?skopfe auf dem Ausleger aufgenommen. [12]

Die Fr?sk?pfe k?nnen bei den senkrechten Konsolfr?smaschinen um eine horizontale Achse drehen, so dass die Spindel auch in eine schr?ge Lage gebracht werden k?nnen.

In Abb.3.17 ist eine Konsolfr?smaschine dargestellt.

Die waagerechte Konsolfr?smaschine besitzt einen Hauptantrieb für die waagrechte Hauptspindel. Die kombinierte Konsolmaschine besitzen zwei Hauptantriebe: Hauptantrieb für die waagerechte Hauptspindel und Hauptantrieb für die senkrechte Hauptspindel.

Die Abb.3.18 zeigt die perspektivische Darstellung einer modernen kombinierten Konsolfr?smaschine.#p#分页标题#e#

Die beide Hauptspindel 1 und 2 sind im schwenkbaren Fr?skopf 3 gelagert. Der Fr?skopf 3 ist auf dem Ausleger 4 aufgenommen. Er schwenkt um +/-90°. Die Konsole 5 bewegt sich senkrecht auf den Führungen des St?nders 6 in der Z-Achse, der Kreuzschlitten 7 bewegt sich quer auf den Führungen der Konsole in der Y-Achse, der L?ngstisch 8 bewegt sich l?ngst auf den Führungen des Kreuzschlittens in der X-Achse.[6]

Die kombinierten Konsolfr?smaschinen werden h?ufig in Instandsetzungsarbeiten, Reparaturen eingesetzt.

3.4 Sonderfr?smaschinen
Die Sonderfr?smaschinen werden beim Fr?sen Aufgaben entweder infolge der Form und der Art der Werkstücke, wie Turbinenteile, Rotoren für Generatoren, Kurbelwellen, Flugzeugteile u.a. oder aus technologischen Gründen am wirtschaftlichsten als speziell gestaltete Fr?smaschinen konzipiert. So gibt es z.B. Kopierfr?smaschinen, W?lzfr?smaschinen zur Herstellung von Zahnr?dern, Gewindefr?smaschinen, Kurbelwellenfr?smaschinen, Nutenfr?smaschinen, Plattenfr?smaschinen.

3.4.1 Kopierfr?smaschinen
Für die Bearbeitungsverfahren wurden die Vorschub- und Verfahrwege bei den bisher beschriebenen Maschinen entweder von Hand oder automatisch (NC-Programm) vorgegeben. Es gibt noch eine Technik, die im Gro?werkzeug- und Formenbau mit seinen komplizierten r?umlich gekrümmten Fl?chen angewendet wird. Diese Technik bezeichnet man sie als Kopiertechnik, bei der die zu erstellende Oberfl?chengeometrie synchron mit einem Taster von einem Modell abgegriffen wird. Die Auslenkung des Tasters wird dabei in Steuerungsbefehle der Maschine umgesetzt.

Je nach Anordnung der Hauptspindel gibt es waagerechte und vertikale Kopierfr?smaschinen. Als Ausleger- und Portalfr?smaschinen sind die Vertikal- Fr?smaschinen zur Verfügung. Auf verschiedenen Seiten des Auslegers liegen Fühler und Werkzeug. Der Einsatz von verfahrbaren St?ndern, separaten Fühlermaschinen oder mehrspindligen Systemen wurden als andere L?sungen vorgesehen. Eine Maschine, die hoher statischer und dynamischer Steifigkeit besitzt und nur ein Konzept mit einem geschlossenen Kraftflu? bietet, wird von den steigenden Zerspanleistungen vorausgesetzt.

Diese Gründe führen zum verst?rkten Einsatz von Portalfr?smaschinen. Durch den vermehrten Einsatz von CAD/CAM -Systemen nimmt in der Zukunft die Bedeutung der Kopiertechnik ab. [5]

In Abb.3.19 ist eine Kopierfr?smaschine dargestellt.

Abbildung 3.19 Kopierfr?smaschine [22]

3.4.2 W?lzfr?smaschinen zur Herstellung von Zahnr?dern
Verschiedene Fr?sen Aufgaben wie z.B. Stirnr?der, Schneckenr?der und Kegelr?der k?nnen von diesen Maschinen durchgeführt werden. Die kinematischen Vorg?nge des Verfahrens sind neben der bekannten Steifigkeit für die Konstruktion dieser Maschine grunds?tzlich. Das hat für den Antrieb die Bedeutung von einer Verkettung verschiedenen Bewegungen. Das Werkzeug und das Werkstück werden zun?chst wie ein Schneckentrieb zusammenarbeiten. Es muss zerspannt und nicht gek?mmt werden. Das bedeutet eine der Z?hnezahl des herzustellenden Zahnrades muss einstellbar sein, um die entsprechende übersetzung zwischen Hauptspindel und Werkstückspindel einzustellen. Auf dem Fr?sschlitten ist der Fr?skopf schwenkbar, damit der W?lzfr?ser um seinen Steigungswinkel schr?g zur Vorschubrichtung verstellt werden kann. [5]#p#分页标题#e#

In Abb.3.20 ist eine W?lzfr?smaschine von der Firma KOEPFER dargestellt.

Abbildung 3.20 W?lzfr?smaschine (KOEPFER) [23]

3.4.3 Gewindefr?smaschinen
Gewindefr?smaschinen stehen als Kurzgewindefr?smaschinen und Langgewindefr?smaschinen zur Verfügung. In den beiden Maschinen geht der Hauptantrieb zur Fr?sspindel. Bei den Kurzgewindefr?smaschinen ist die Fr?sspindel parallel zur Werkstückachse und bei den Langgewindefr?smaschinen ist sie um den Steigungswinkel schr?g dazu geneigt.

? Langgewindefr?smaschinen:
Die Langgewindefr?smaschine hat den Aufbau wie eine Spitzendrehbank, eben weil das Werkstück diese Bedingung stellt. Der langsame Rundvorschub wird auch hier von der Werkstückspindel erzeugt. Der Fr?sschlitten ist einem Support einer Drehmaschine ?hnlich, weil er auch über Wechselr?der und Leitspindel von der Werkstückspindel angetrieben wird. Der Fr?sspindel ist wie oben erl?utert um den Steigungswinkel schr?g dazu geneigt werden kann. Der Fr?sschlitten kann sich auch selbstverst?ndlich für verschiedene Gewindedurchmesser und Gewindetiefen quer bewegen. Rechts- und Linksgewinde k?nnen mit dem scheibenf?rmigen Profilfr?ser gefr?st werden. Die beide Lauffr?sen (Gleich- und Gegenlauffr?sen) sind dabei m?glich. Innengewindefr?sen sind auch m?glich aber das Werkstück muss fliegend gespannt werden. Ein kritischer Punkt ist dabei zu beachten.

Sehr lange Gewinde sind nicht fr?sbar, weil sie von der Spindel des Innengewindefr?sapparates verhindert wird. Diese L?nge ist vom Gewindedurchmesser abh?ngig. [5]

? Kreuzgewindefr?smaschinen:
Im Gegensatz zur Langgewindefr?smaschinen besitzen die Kreuzgewindefr?smaschinen einen Spindelstock, der das fliegend eingespannte Werkstück mit dem langsamen Rundvorschub antreibt, so dass auch Innengewinde gefr?st werden k?nnen , wenn der Fr?serdurchmesser entsprechend klein ist.

Im Vergleich mit dem W?lzfr?ser für Zahnr?der sind die Schneiden nicht schraubenf?rmig angeordnet, sondern wie auf einer Rundzahnstange, dessen Zahnabstand der Gewindesteigung entspricht.

W?hrend einer Werkstückumdrehung um eine Steigungsh?he muss die Fr?sspindel neben der hohen Schnittdrehzahl noch einen Pinolenvorschub erzeugen und sie f?hrt auch zur gleichen Zeit auf einem Querschlitten so lange radial in das Werkstück, bis nach etwa 1/6 Umdrehungen des Werkstückes die gewünschte Schnitttiefe erreicht ist. Mit konstanter Schnitttiefe wird weitergefr?st, bis das Gewinde fertig ist, infolge des Schnittauslaufs ist es nach etwa 5/4 Umdrehungen der Werkstückspindel. Der Querschnitt kann dann wieder herausfahren. [5]

4 Bohr und Fr?swerke
Die Bohr- und Fr?swerke eignen sich hervorragend für die vier- und fünfseitige Bearbeitung mittelgro?er und gro?er Werkstücke in einer Aufspannung. Der Aufbau der Bohr- und Fr?swerke ist wie den Aufbau den Tisch-Fr?smaschinen mit einer Werkstückachse und mit zwei Werkzeugachsen. Man unterscheidet zwischen folgenden Bauformen:#p#分页标题#e#

¨ Bohr und Fr?swerke mit querverfahrbarem St?nder (siehe Abb.4.1)

¨ Bohr und Fr?swerke mit starren St?nder (siehe Abb.4.2)

¨ Bohr und Fr?swerke mit starren Tisch (siehe Abb.4.3)

1 Tisch 2 Spindelstock 3 St?nder 4 Bohrspindel

Abbildung 4.1 CNC-Waagrecht Bohr- und Fr?swerke mit querverfahrbarem St?nder (Kekeisen) [13]

Diese CNC-Waagerecht Bohr- und Fr?swerke mit querverfahrbarem St?nder besitzt einen NC-Rundtisch, einen Werkzeugwechsler mit Magazingr??en von 30 bis 100 Pl?tzen. Die Aufnahme von gro?en Werkzeugen ist auch m?glich. Das Kettenmagazin wird bei gro?er Werkzeuganzahl als Doppelschleife angesetzt. Die Bestückung erfolgt stets von der Rückseite her. An der linken Seite der Maschine werden der Werkzeugwechsler und das Magazin angeschraubt.

Abbildung 4.2 Bohr- und Fr?swerk mit starrem St?nder [12]

Eine fünfseitige Bearbeitung ist durch einen Universal- Fr?s und Bohrkopf in Verbindung mit dem Rundtisch m?glich sowie das Fr?sen von schr?gen Fl?chen in einer Aufspannung.

Die Bohr- und Fr?swerke besitzen generell entweder einen l?ngsverfahrbaren Fr?stisch oder einen l?ngsverfahrbaren Rundtisch. Der modulare und ein vielf?ltiges Programm an Zusatzeinrichtungen bieten die Gelegenheit der Anpassung an das jeweilige Teilspektrum.

Abbildung 4.3 schematische Darstellung des Bohr- und Fr?swerkes mit starren Tisch [12]

Die Bohr- und Fr?swerke mit starren Tisch und drei Werkzeugachsen werden bevorzugt bei der Bearbeitung schwere Werkstücken eingesetzt. [12]

5 Bearbeitungszentren von Fr?smaschinen——加工中心，铣床 

Bearbeitungszentren sind numerische gesteuerte Werkzeugmaschinen zum Bohren und Fr?sen, die mit einer automatischen Werkzeugwechseleinrichtung in Verbindung mit einem Werkzeugmagazin und einem Drehtisch für die Rundumbearbeitung ausgerüstet sind. In einer Aufspannung des Werkstücks werden verschiedene Fr?s -und Bohroperation durchgeführt“. [14]

Bearbeitungszentren werden zu den NC-Universalmaschinen zugeordnet. Die Bearbeitungszentren besitzen hervorragend sehr hohe Flexibilit?t, die die Anpassung der Maschine an die zu bearbeitenden Werkstücke erm?glicht. Sie sind auch durch ihre relativ geringe Produktivit?t angesehen. Die Einsatzm?glichkeiten für die moderne Bearbeitungszentren sind massenhaft wie z.B. Fertigungsaufgaben in der Mittel- und Gro?serienfertigung bei den Flugzeugbau, Automobilindustrie, Pneumatik- und Medizintechnik und in deren Zulieferunternehmen. [2][14]

Die Bearbeitungszentren unterteilt man üblicherweise nach:

* Der Anordnung der Hauptspindel in horizontale Bearbeitungszentren und vertikale Bearbeitungszentren

* Der Achsenzuordnung,

* Der Bauweise der Grundmaschine,

* Der Anordnung des Werkzeugwechsels,

* Der Anordnung des Werkzeugmagazins.[2]

5.1 Horizontal-Bearbeitungszentren—— 卧式加工中心 #p#分页标题#e#

Horizontal-Bearbeitungszentren besitzen eine waagrechte Hauptspindel. Die Bauweise der Horizontal-Bearbeitungszentren ist infolge der Zuordnung der Achsen auf das Werkzeug oder auf das Werkstück und der Gestellbauweise unterschiedlich.

Horizontal-Bearbeitungszentren besitzen grunds?tzlich gr??ere Werkstückspeicher als Vertikal-Bearbeitungszentren und ihre Werkstückwechselsysteme sind Standard. Im Gro?serieneinsatz verringern sich dadurch die Produktionsnebenzeiten [2]

Die in Abb.5.1 dargestellte Bauform des Bearbeitungszentrums mit horizontaler Arbeitsspindel ist als Gantry-Bauweise mit allen Achsen im Werkzeug. Das Werkstück sitzt auf einem Tisch, der als 4.Bewegungsachse ausgelegt ist.

Abbildung 5.2 Bearbeitungszentrum mit horizontaler Hauptspindel, seitlich geführtem Spindelstock und querverfahrbarem St?nder (Wotan) [6]

?Der seitlich geführte Spindelstock 1 mit waagerechter Hauptspindel 2 bewegt sich am Maschinenst?nder 3 in der senkrechten Y-Achse. Der Maschinenst?nder 3 bewegt sich quer mit dem St?nderschlitten 4 in der Z-Achse, der Maschinentisch 5, der auf einem Rundtisch aufgebaut wird, übernimmt die Bewegung in der X-Achse. Die in der Pinole 6 hydrostatisch gelagerte Hauptspindel bewegt sich in der W-Achse. St?nderbett 7 und Tischbett 8 sind in Kreuzbettanordnung zueinander angeordnet. Zum Werkzeugwechsel entnimmt der am Zubringer 9 drehbare Doppelgreifer 10 das Werkzeug aus dem Kettenmagazin 11. Der manuelle und der automatische Betrieb kann durch die schwenkbare Bedienpult 12 gesteuert werden“ [6]. Bis zu 60 Werkzeuge k?nnen vom Kettenmagazin aufgenommen werden. Aus der Hauptspindel wird das gebrauchte Werkzeug durch die leere Doppelgreiferzange gebracht. Der Doppelgreifer schwenkt um 180°. Die Hauptspindel nimmt das neue Werkzeug auf und das gebrauchte Werkzeug wird dem Kettenmagazin übergegeben. Die seitliche Befestigung des Werkzeugmagazins am Maschinenst?nder und das Anschrauben des Zubringers am Spindelstock erm?glicht es, dass das Werkzeug in jeder Stellung des St?nders und des Spindelstockes gewechselt werden kann. Die Belastung der beweglichen Teile der Maschine mit zus?tzlichen Gewichten wenn hohe Genauigkeitsansprüche an die Maschine gestellt werden, ist nicht gestattet. Das ist unvorteilhaft bei dieser Maschine. [6]

5.2 Vertikal-Bearbeitungszentren—— 立式加工中心 

Vertikal- Bearbeitungszentren besitzen eine vertikale Hauptspindel und als Bauform haben sie die Gantry-Bauweise mit allen 3 Bewegungsachsen im Werkzeug. Die Führungen liegen auf stabilen Seitenst?ndern. Der Y-Achsenantrieb ist auf die zwei Seiten des Quertr?gers verfügbar. Das Werkstück wird auf einem Starrtisch angebracht. Die St?nder und der Tisch werden auf einem starren Bett in Kastenbauweise, das als Grundk?rper eingebaut wird, befestigt.

In Abb.5.4 ist ein Bearbeitungszentrum mit vertikaler Hauptspindel, frontal geführtem Spindelstock, starrem Tisch und querverfahrbarem St?nder von der Firma CHIRON dargestellt.

Abbildung 5.4 Bearbeitungszentrum mit vertikaler Hauptspindel, frontal geführtem Spindelstock, starrem Tisch und querverfahrbarem St?nder (Chiron) [6]

?Der Spindelstock 1 mit senkrechter Hauptspindel 2 bewegt sich am Maschinenst?nder 3 in der Z-Achse. Der Maschinenst?nder verf?hrt auf einem Kreuzschlitten quer in der Y-Achse, das untere Teil des Kreuzschlittens übernimmt die Bewegungen in der X-L?ngsachse. Auf dem Maschinenbett 4 wird der starre Arbeitstisch 5 mit den Spannvorrichtungen 6 aufgebaut. Der Werkzeugwechsler 7 hat ein Magazin mit 20 Arbeitspl?tzen, die um die Hauptspindel angeordnet sind. Jeder Magazinplatz verfügt über einen separaten Greifarm 8. Das schwenkbare Bedienpult 9 ist mit einem Bildschirm und einer Maschinensteuertafel ausgerüstet. Der Elektroschrank ist weiter hinten an den Maschinen angebaut. Der Sp?nef?rderer 10 befindet sich unter die Tischkante“. [6]

Bei der Bearbeitung von schweren Werkstücken wird der Tisch belastet. Die Verwendung von Maschinen mit starren Tisch und drei Werkzeugachsen ist bevorzugt. Dieses Bearbeitungszentrum ist zum Bohren, Reiben, Gewinden und Fr?sen konzipiert.

5.3 Mehrspindelbearbeitungszentren
Die Mehrspindelbearbeitungszentren eignen sich hervorragend, wenn für die Bearbeitung auf einspindligen Bearbeitungszentren die Gesamtstückzahlen der zu fertigenden Werkstücke riesig sind. Im Vergleich zu den einspindligen Bearbeitungszentren hat die Anwendung von Mehrspindelbearbeitungszentren folgende Vorteile:

¨ Die Kosten sind für die Herstellung und für den Betrieb relativ niedriger.

¨ Der Platzbedarf sowie der Personenbedarf ist geringer.

¨ Die Zeit ist für den Auftragsdurchlauf sowie für den Werkzeug- und Werkstückwechsel relativ kürzer

Die Abb.5.5 enth?lt eine Darstellung für ein Zweispindel-Bearbeitungszentrum mit drei Werkzeugen, mit horizontalen Hauptspindel, seitlich geführten Spindelstock und l?ngsverfahrbarem St?nder.

Der Kreuzschlitten setzt sich der aus der zweispindligen Bearbeitungseinheit 1 und dem Kreuzschlittenteil 2 zusammen und wird am St?nder 3 in der senkrechten Y-Achse geführt. Der Fahrst?nder bewegt sich l?ngs in der X-Achse.

Die zweispindlige Bearbeitungseinheit wird am Kreuzschlittenteil in der Z-Achse geführt. Auf dem Plattenrundtisch 4 wird den Aufspannturm 5 befestigt.

Der Aufspannturm nimmt bis zu acht Werkstücke 6 auf. Auf dem Schwenktisch 7 sind zwei Rundtische vorhanden. Zwei Werkstücke werden gleichzeitig von den zwei horizontal vorhandenen Arbeitsspindeln bearbeitet.

In einer Spannlage des Werkstückes k?nnen 3 Seiten bearbeitet werden, d.h. in einer Stellung des Aufspannturmes werden sechs Werkstücke an den der Arbeitsspindel zugewandten Seiten bearbeitet[12]

Das Werkzeugmagazin 8 ist als Trommelmagazin mit 48 Werkzeugpl?tzen ausgeführt. Der Bediener ist durch eine Trennwand zwischen den beiden Aufspanntürmen vor sp?nen geschützt, die über den Sp?nef?rderer 9 entsorgt werden#p#分页标题#e#

6 Hauptspindel der Fr?smaschinen—— 铣床主轴 

Die Hauptspindel(Arbeitsspindel) ist die letzte Welle des Hauptantriebes. Sie ist eine Schlüsselkomponente einer modernen Werkzeugmaschine. Die Herstellungsgenauigkeit h?ngt von der Führungsgenauigkeit der Hauptspindel ab.

Die Hauptspindeln führen die rotatorische Schnittbewegung aus und vorbereiten das Schnittmoment für die Bearbeitung und sie werden direkt zum Werkstück oder Werkzeug verbunden. Die Hauptspindeln stellen die Schnittstelle zwischen Werkstück und Werkzeugmaschine dar. Die Kr?fte und Momente, die bei der Zerspanung entstehen, werden von den Hauptspindeln aufgenommen. Qualitative Besonderheiten folgen aus der Reaktion den Hauptspindeln auf statische, dynamische und thermische Belastungen.

Die Hauptspindel müssen folgende Anforderungen eintreffen:

¨ Bei Drehmaschinen die Werkstücke, bei Bohr-, Fr?s- und Schleifmaschinen die Werkzeuge mit gro?er Genauigkeit aufzunehmen und geometrisch zu fixieren.

¨ Hohe Fertigungsgenauigkeit.
¨ Gro?e statische und dynamische Steifigkeit des Spindel-Lager-Systems.

Einteilung der Hauptspindel:
Die Werkzeugtragenden Hauptspindeln sind bei den Drehmaschinen dominant und bei Bohr- und Fr?smaschinen typisch.

Man unterteilt die Hauptspindeln üblicherweise nach der Art der Lagerung (siehe Abb.6.1):

¨ W?lzlagerung

¨ Hydrostatische Gleitlagerung

¨ Hydrodynamische Gleitlagerung

¨ Aerostatische Lagerung

¨ Magnetlagerung

Die gr??tenteils aller Werkzeugmaschinen- Hauptspindeln sind w?lzgelagert:

Vorteile der w?lzgelagerten Hauptspindeln:

¨ Ein geeignetes W?lzlager ist für jeden Betriebsfall, d.h. für jede Kraft, Drehzahl und für jede Genauigkeitsanforderung vorhanden.

¨ Die w?lzgelagerte Hauptspindeln haben genormte Abmessungen und ruhiger Lauf

¨ Die w?lzgelagerte Hauptspindeln besitzen hoher Wirkungsgrad und geringer Schmiermittelbedarf

Nachteile der w?lzgelagerten Hauptspindeln:

¨ Geringere Schwingungsd?mpfung

¨ Ruckendes Gleiten bei niedrigen Drehzahlen.

Abbildung 6.1 Einteilung der Hauptspindel nach der Kontaktart in der Lagerung [3]

Die Hauptspindel wird bezüglich der zu realisierenden Steifigkeit und Genauigkeit festgelegt. Eine Durchmesserabstufung vom Spindelflansch in Richtung Nebenlager hat sich auch hinsichtlich der Montage durchgesetzt. Ausgangspunkt der Auslegung ist oft das Festsetzen der Aufnahmefl?chen für Werkstück- oder Werkzeugadapter. [3] Bei den Hauptspindeln werden meistens Werkstoffe verwendet, die sich infolge ihres hohen E-Moduls und der erreichbaren Verschlei?festigkeit durchgesetzt haben. Das Einsetzen von Verbundwerkstoffen(glasfaserverst?rkte Kunststoffe) und Guss (Grauguss mit Kugelgraphit) sind bisher Einzelf?llen vorbehalten#p#分页标题#e#

Für den Antrieb der Hauptspindeln (siehe Abb.6.2) gibt es folgende M?glichkeiten:

Der Direktantrieb (Hauptspindel ist gleichzeitig Rotor) (siehe Abb.6.3)

Dieser Antrieb hat folgende Besonderheiten zur Verfügung:
¨ Die Leistungs- Drehmomenten- Kennlinie des Motors wird gleichbleibend zur Spindel umgewandelt und stellt damit die Zerspanungsaufgaben bereit.

¨ Die Zug?nglichkeit zur Spindel für die Ausführung der Werkzeugspannung oder für das Bringen von Stangenmaterial bei Drehmaschinen wird durch diese Aufstellung des Motors verbaut. Hohlwellenmotoren schaffen hierfür Alternativen.

Den Indirekten Antrieb (siehe Abb.6.3)—— 间接驱动（见Abb.6.3） 

Eine Getriebestufe mit Konstantübersetzung setzt zwischen dem Motor und der Spindel (Abb.6.4) .Konstruktiv wird dies durch einen Riementrieb (Keil- oder Zahnriemen) gel?st. Durch eine nicht schaltbare Zahnradübersetzung ist diese Variante auch m?glich.

Dieser Antrieb ist bezeichnet durch:
¨ Die Leistungs- Drehmomenten- Kennlinie des Motors wird entsprechend der übersetzung des Anpasstriebes ohne Aufweitung verschoben (Abb.6.5). Im Regelfall wird der Nenndrehzahl des Motors zu kleineren Drehzahlen verschoben.

¨ Die Anpassung des Bereichs konstanter Leistung an die Anforderungen der Bearbeitung ist m?glich aber das ist mit einer Ver?nderung im Regelfall Verringerung der Maximaldrehzahl verbunden.

¨ Zugangsm?glichkeit zum Spindelinneren für die Ausführung der Werkzeugspannung oder das Zuführen von Stangenmaterial.

¨ Verschiedene M?glichkeiten für die r?umliche Anordnung des Motors in der Antriebeinheit.

Abbildung 6.5 Verschiebung der Leistungskennlinie an der Arbeitsspindel [4]—— 图6.5位移在工作主轴leistungskennlinie [ 4 ] 

Bei der W?lz-Lagerung unterscheidet man zwischen folgenden Verfahren:

? Fest-Loslager-Verfahren (siehe Abb.6.6)

? Angestellte Lagerung (siehe Abb.6.7)

Die vordere Lagerstelle wird bei der Klassischen Fest-Loslagerung als Festlager bearbeitet und die hintere als loslager.

Abbildung 6.6 Fest-Loslager-Prinzip einer Bohrmaschinenhauptspindel (nach FAG Schweinfurt) [2]—— 图6.6固定loslager原理（根据FAG轴承bohrmaschinenhauptspindel）[ 2 ]

Zur Aufnahme der radialen (zweireihigen Zylinderrollenlager) und axialen Belastung (zweireihiges Axial- Schr?gkugellager) an der vorderen Lagerstelle werden getrennte Lagerarten angewendet. Die axiale und radiale Steifigkeit lassen sich damit gut aufeinander anpassen und zusammen eine günstige Laststeife erreichen. Einbauraum und Drehzahlh?chstwert werden hingegen negativ beeinflusst. Die hintere Lagerung unter Verwendung von einem zweireihigen Zylinderrollenlager bewirkt durch die fehlende Lagerbordausführung am Au?enring als Loslager. [2]#p#分页标题#e#

Bei der angestellten Lagerung werden bestimmte Lagerausführungen (Kegelrollen- und Schr?gkugellager) beim Einbau gegeneinander angestellt. Wenn die beiden an der vorderen und hinteren Lagerstelle liegen, ist eine Trennung in Fest- und Loslager nicht gegeben (Abb.6.6 & Abb.6.7)

Die beiden Lager werden durch ihre axiale Verspannung bei der Montage angestellt. Jedes der beiden Lager kann axiale Betriebskr?fte in jeweils unterschiedlichen Richtungen aufnehmen. [2][3][4][6]
7 Entwicklungen, Forschungsthemen und Forschungstrends

Heutzutage und auch in Zukunft werden ein Gro?teil der HSC-Spindeln w?lzgelagert sein, da sich W?lzlager infolge ihrer ausgewogenen Merkmalen hinsichtlich Konstruktions- und Integrationsaufwand, Drehzahleignung, Steifigkeit, Verlustleistung und Preis im Vergleich zu anderen Lagerungsprinzipien hervorheben. Für die gew?hnlich in HSC-Spindeln bediensteten Schr?gkugellager hei?t dies einen Betrieb bei Drehzahlkennwerten von 2,5 x 106 mm/min und darüber. Deshalb wird die Leistungsf?higkeit üblicher Spindel-Lager-Systeme vollst?ndig ausgereizt. Um bei diesen Forderungen einen unbehinderten Betrieb der Lagerung versichern zu k?nnen, erfordere es eines H?chstma?es an Verfahren bei der Auslegung von Spindel-Lager-Systemen sowie erheblichster Genauigkeit bei der Fertigung. [24]

An den Instituten für Werkzeugmaschinenlabor (WZL), Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (ISW), Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (IWB) und Werkzeugmaschinen und Steuerungstechnik (IWM) werden an verschiedenen Projekten geforscht. Einige werden hier zusammengefasst.

?Entwicklung schnell laufender, w?lzgelagerter Hauptspindeln für Werkzeugmaschinen“ [24]

Das Ziel des Projektes ist das Abstimmen der konventionellen Spindel-Lager-Systeme an h?chste Drehzahlen und die Bearbeitung den Vorschl?gen, wie diese Systeme und deren Umgebungen gestaltet sein müssen.

In (Abb.7.1) ist eine Hauptspindel dargestellt.—— 在主轴（Abb.7.1）是一种描述.

Entsprechend werden w?hrend dieses Projektes verschiedene Forschungsschwerpunkte untersucht:

¨ Getrennte Untersuchung des dynamischen Einflusses der Lagerung und der Spindel- Maschinen-Schnittstelle auf das Betriebsverhalten von Motorspindeln .

¨ Erprobung von Lagern mit 3 W?lzkontakten für den Einsatz in der Hauptspindel.

¨ Optimierung der ?l-Luft Schmierung von Zylinderrollenlagern.

¨ Fettschmierung von Zylinderrollenlagern.

?Gestaltungsvarianten für Spindellager zur Steigerung der erreichbaren Drehzahlen“[24]

Die verfügbare Spindelleistung und ihres Betriebsverhalten beeinflusst die erreichbare Zerspanleistung und die Bearbeitungsgenauigkeit in entscheidendem Ma?e. Dies ist aber von den Merkmalen der eingesetzten Spindellager und ihren Einbaubedingungen in der Spindel abh?ngig.

Das Projekt besch?ftigt sich mit der experimentellen Untersuchung der Berechnungs- und Optimierungsans?tze verschiedener Spindellagerkonzepte, wie beispielsweise konventioneller Spindellager, Lager mit modifizierter Geometrie oder Mehrpunkt.

?Integrierte Simulation des Systems "Werkzeugmaschine - Antriebe - Zerspanprozess" auf der Grundlage ordnungsreduzierter FEM-Strukturmodelle“ [25]

Mit diesem Projekt soll ein Konzept zur Simulation und Optimierung von Werkzeugmaschinen unter industriellen Effektivit?ts- und Effizienzgesichtspunkten realisiert werden. Entsprechend sind die Automatisierung der Modellreduktion, um eine effiziente Simulation im Zeitbereich zu garantieren, die FEM-Modellierung elektromechanischer Voschubantriebssysteme durch Entwicklung eines parametrischen Modellierungskonzepts und die Berücksichtigung von Prozesskr?ften von Bedeutung.

Die (Abb.7.2) enth?lt die L?sungsidee zur effizienten FEM-Modellierung der übertragungssysteme.

?Adaptronik für Werkzeugmaschinen“ [25]
Eine industrielle Anwendung an Werkzeugmaschinen ist kaum vorhanden, obwohl die Vorteile aktiver Schwingungsd?mpfung auf der Hand liegen. Ein haupts?chlicher Grund dafür liegt in der fehlenden Systematik zur Auslegung adaptiver D?mpfungssysteme.

Das Ziel dieses Projekt ist es, eine ganzheitliche Simulationsmethodik zur anforderungsgerechten Konstruktion aktiver D?mpfungssysteme an Werkzeugmaschinen zu entwickeln.

?Eco-Efficient Machine Tools by means of radical mass and energy needs reduction (EcoFit) “[26]

Im Rahmen dieses Projekt wird die Masse von Werkzeugmaschinen massiv reduziert. Daher wird die Leistungsaufnahme der Maschinen geringer.
Zur Entwicklung industriell eingesetzter Maschinen soll einen neuen Ansatz geschafft werden. In der Zukunft sollen Maschinen in Leichtbauweise mit kontrollierter Flexibilit?t an Stelle von bisher entwickelten steifen und massiven Maschinen entwickelt werden. Dementsprechend ist eine energiesparende, umweltschonendere und effizientere Produktion m?glich.
Maschinen in Leichtbauweise haben die Eigenschaft, dass durch die Verringerung von bewegten Massen zum Einen eine h?here Energieeffizienz der Maschine und zum Anderen eine h?here Lebensdauer von Maschinenteilen durch geringere Belastung erreicht werden. Au?erdem vermindern die ebenso reduzierten Tr?gheitskr?fte das Verletzungsrisiko bei Unf?llen. Als Nachteil z?hlt die Auswirkung der reduzierten Gesamtmasse jedoch auf das Systemverhalten. Die dynamische Steifigkeit wird durch die Massenreduktion vermindert und damit neigt die Maschine zu einer erh?hten Schwinganf?lligkeit. Um eine L?sung zu finden, müssen Methoden, die die Schwingungen des Systems durch D?mpfung unterdrücken, Schwingungen isolieren oder Schwingungen vollst?ndig vermeiden, gebracht werden

?Mechatronik-Simulation von Werkzeugmaschinen“ [25]
Das Ziel dieses Projekt ist es, die entscheidenden Effekte der Parallelbearbeitung an einem Dreh-Fr?szentrum zu untersuchen und die Grenzen der dynamischen Belastbarkeit zu erforschen und deren Ursachen zu kl?ren. Infolge der Ergebnisse sollen Empfehlungen erarbeitet werden, um die dynamische Belastbarkeit und somit die Produktivit?t und die Bearbeitungsgenauigkeit zu verbessern.#p#分页标题#e#

Die Abb.7.3 zeigt ein mechatronisches Simulationsmodell einer Werkzeugmaschine.

?Strukturbasierte Modellierung des für die Stabilit?t des Zerspanprozesses relevanten drehzahlabh?ngigen übertragungsverhaltens eines Spindel/Werkzeug-Systems“ [27]

Im Rahmen dieses Projekt soll zuerst eine Modellierungs- und Parametrierungsstrategie für die Abbildung des drehzahlabh?ngigen übertragungsverhaltens eines Spindel/Werkzeug-Systems entwickelt werden. Dabei wurde ein elastisches MKS-Modell verwendet, welches durch eine Kopplung mit einem Prozesskraftmodell die Berechnung von Ratterkarten durch Simulationen im Zeitbereich zul?sst. Aufbauend auf diesen Ergebnissen soll eine Modellierungs- und Parametrierungsstrategie für eine geeignete drehzahlabh?ngige Ersatzbeschreibung entwickelt werden, mit der eine zeiteffiziente Berechnung von Ratterkarten durch analytische/teilanalytische Verfahren m?glich wird.

Die Abb.7.4 zeigt das Prinzipielle Vorgehen zur Ermittlung von Ersatzparameter.

?Simulationsgestützter Entwurf und anwendungsbezogene Optimierung aktiv magnetisch gelagerter elastischer WZM-Motorspindeln mit nichtlinearer Systemdynamik“ [27]
Das Ziel dieses Projekt ist es, eine insbesondere geeignete Simulationsumgebung zu entwickeln und zu verifizieren. Diese unterstützt den Entwurf und die Bewertung des Gesamtsystems ?aktiv magnetisch gelagerte Spindel“ in Anwendungsf?llen, in denen sich ein nichtlineares Verhalten der Regelstrecke befindet.

Dabei sollen für die Komponenten und Verhaltensbereiche elastischer Spindelk?rper, Magnetlager, Verst?rker, Hauptantriebsmotor, dynamische Prozesskr?fte sowie nichtlineare Regler und Beobachter verknüpfbare und im Zeitbereich simulierbare Modelle und zugeh?rige Parametrierungsvorschriften entwickelt und mit Messungen an einer realen Spindel abgeglichen werden.

Die Abb.7.5 stellt das Modell der Magnetspindel und die Oberfl?chenqualit?t als Ergebnis eines simulierten Fertigungsprozesses dar.

Literaturquellen——文献

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