Langdrehautomaten
Schweizer Langdrehautomaten. Was ist das? Wozu dient es?
Ein Langdrehautomat ist eine besondere Art von Drehmaschine, bei der das Material in Form eines Stabes neben einer Drehbewegung gleichzeitig eine Längsbewegung zur Zerspanung ausführt. Dies wird durch die besondere Konstruktion der Maschine ermöglicht. Die Maschine ist mit einer Führungsbüchse ausgestattet. Derartige Maschinen werden manchmal auch als Langdrehautomaten oder Drehautomaten bezeichnet.
Etwas Geschichte
Langdrehautomaten haben ihren Ursprung in der Uhrenindustrie. Eine Industrie, in der das Drehen langer, dünner, komplexer Teile mit hoher Genauigkeit für die Fertigung von unschätzbarem Wert war. Um der Nachfrage gerecht zu werden, musste ein erfolgreicher Uhrmacher auf dem Höhepunkt der industriellen Revolution nicht nur Präzisionsteile herstellen, sondern dies auch möglichst effizient tun.
Die Erfindung der Drehautomaten wird Jakob Schweizer zugeschrieben, einem Uhrmacher aus dem schweizerischen Biel, der Ende des 19. Jahrhunderts die erste Drehbank entwickelte, die mit einem beweglichen Spindelstock ausgestattet war, was sich als zeitlose Erfindung erweisen sollte: Sie ermöglichte es, das Material gleichzeitig zu drehen und in Längsrichtung zu verschieben.
Das Drehen auf Drehautomaten hat sich inzwischen viel weiter entwickelt, als es sich seine Erfinder vorstellen konnten. Und obwohl die Drehautomaten des 21. Jahrhunderts nicht unbedingt in der Schweiz hergestellt werden, sind sie alle in erster Linie für das Drehen von kleinen, komplexen Präzisionsteilen aus Metall konzipiert, hauptsächlich für die Automobil-, Medizin- und Elektronikindustrie.
Wie funktioniert eine Drehmaschine?
Im Gegensatz zu konventionellen CNC-Drehmaschinen, bei denen das Material stillsteht und das Werkzeug sich bewegt, kann sich bei einem Automaten mit beweglichem Spindelstock das Material entlang der Z-Achse bewegen, während das Werkzeug stillsteht. Der Stab wird in der Spindel tief im Gehäuse der Maschine gehalten und durch eine Führungsbüchse in den Bearbeitungsbereich bewegt. Nur das zu bearbeitende Teil wird aus der Führungsbüchse herausgezogen, so dass das Material sicher abgestützt wird; die Durchbiegung wird eliminiert und die Genauigkeit verbessert. Bei längeren Teilen ergreift die Gegenspindel die fertige Vorderseite des Teils, um es zu stützen, während es weiter durch die Buchse fährt.
Führungsbüchse
Die Führungsbüchse ist das wichtigste Bauteil in jedem Langdrehautomaten, und ihre Präzision und Passgenauigkeit ist entscheidend für einen ordnungsgemäßen CNC-Drehprozess. Die Führungsbuchse hat in ihrem Aufbau eine gewisse Ähnlichkeit mit den klassischen Spannzangen, die in den Spindeln von Drehautomaten zum Einsatz kommen. Der Hauptunterschied liegt jedoch in den verwendeten Materialien – die innere Oberfläche besteht aus gesintertem Hartmetall, das mit hoher Präzision geschliffen wird. Dies liegt an der Funktionsweise der Spannzange, die darauf beruht, dass die Stange, auf der das Werkstück sitzt, durch die Spannzange bewegt wird. Die Spannhülse hat eine Einstellmöglichkeit für das Spannen des Werkstücks, so dass eine Anpassung an eine bestimmte Materialcharge möglich ist.
Kontrolle der Durchbiegung
Durch das Abstützen des Stabes mit der Führungsbüchse kann die Genauigkeit während des Präzisionsdrehens des Werkstücks beibehalten werden.
Physikalische Werkstücke, die einer bestimmten Kraft ausgesetzt sind, werden sich natürlich durchbiegen. Bei konventionellen CNC-Drehmaschinen verschlechtert sich die Maßgenauigkeit der Zerspanung in den meisten Fällen, wenn die Zerspanungskräfte eine zu große Durchbiegung verursachen. Bei konventionellen Drehmaschinen ist in der Regel beim Drehen von Werkstücken mit einem Verhältnis Länge/Durchmesser von mehr als 3:1 ein Reitstock zur Vermeidung übermäßiger Durchbiegung erforderlich.
Bei Langdrehautomaten stützt die Führungsbüchse die Werkstückstange so nahe an den Schneidwerkzeugen ab, dass die Durchbiegung durch die Schnittkräfte praktisch Null ist. Auf diese Weise ist der Anwender in der Lage, in einem einzigen Durchgang große Mengen an überschüssigem Material unter Beibehaltung einer hohen Maßgenauigkeit abzutragen.
Negativ wird positiv
Bei Langdrehmaschinen leiten sich die Bewegungen der Z-Achse aus der Bewegung des Materials und nicht aus der Werkzeugbewegung ab. In der Programmierung der Maschine spiegelt sich dieser besondere Unterschied wider. Bei konventionellen Drehmaschinen ragt das Material um eine bestimmte Strecke aus dem Futter heraus, bei Drehautomaten mit beweglichem Spindelstock. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Z-Wert an der Oberfläche des Materials gleich Null ist und dass alles, was sich in Richtung des Materials befindet, negative Werte hat.
Im Gegensatz dazu bleiben bei Langdrehautomaten die Drehwerkzeuge stehen, während das Material aus der Maschine austritt. Die Fläche der Materialoberfläche in der Z-Achse ist ebenfalls Null wie bei konventionellen Drehmaschinen. Alles außerhalb dieser Fläche ist jedoch positiv. In Bezug auf den Z-Achsenversatz ist dieser Unterschied sehr wichtig. Das bedeutet, dass tiefere Bohrungen oder längere Drehbearbeitungen auf konventionellen Drehmaschinen einen negativen Versatz erfordern, während auf Langdrehautomaten ein positiver Versatz erforderlich ist.
Bearbeitung in Stufen
Wie bei der klassischen CNC-Drehbearbeitung üblich, unterteilen wir die Zerspanung in Schruppen und Schlichten. Zuerst wird mit einem Schruppwerkzeug das überschüssige Material vom gesamten Profil entfernt und dann wird dasselbe Profil mit einem Schlichtwerkzeug mit einem geringeren Aufmaß bearbeitet, um das gewünschte Maß zu erhalten.
Völlig anders ist die Aufteilung des Prozesses in Schritte bei Langdrehautomaten. Der Grund dafür ist, dass das zu bearbeitende Teil wegen der Länge der Führungsbüchse in Abschnitte unterteilt werden muss. Ist dies nicht der Fall, besteht die Gefahr, dass ein Teil der bereits bearbeiteten Stange beim Rücklauf aus der Führungsbüchse fällt. Das Werkstück wird daher in Abschnitte unterteilt, die kürzer als die Länge der Führungsbüchse sind, um dies zu vermeiden. Dadurch wird die Abstützung der Führungsbüchse voll ausgenutzt.
Öl anstelle von Kühlschmiermittel
Die meisten Automatendrehereien in der Schweiz verwenden Öl als Bearbeitungshilfe anstelle von Kühlschmiermittel auf Wasserbasis. Das bedeutet, dass die Schmierfähigkeit höher ist. Zu den Vorteilen von Öl gehören die Abwesenheit von geruchsverursachenden Bakterien und die Vermeidung des Orangenschaleneffekts an den Händen nach längerem Kontakt mit Kühlschmiermitteln. Eine längere Lebensdauer der Werkzeuge durch Ölkühlung ist ebenfalls von großer Bedeutung.
Der wesentliche Nachteil gegenüber wasserbasierten Kühlschmierstoffen besteht darin, dass Öl die Wärme nicht so gut ableiten kann, so dass sich der Langdrehautomat im Bereich des Arbeitsraumes schnell aufheizen kann. Aus diesem Grund ist die Ausrüstung dieser Maschinen mit Brandschutzsystemen ein Muss, wenn man eine Fertigung ohne Überwachung durch Personal in Betracht zieht.
Mehr Ausschuss
Insbesondere bei teuren Werkstoffen kann der Ausschuss zu einem Problem werden. Aufgrund der Geometrie der Drehautomaten mit beweglichem Spindelstock muss von jeder Stange ein Reststück mit einer Länge von 150 bis 300 mm übrig bleiben. Dies liegt daran, dass das Stangenende von der Spindel gehalten wird, die sich im Maschinengehäuse befindet und nie in den Bearbeitungsraum gelangt. Durch das Vorhandensein einer Führungsbüchse ist eine solche Situation nicht möglich. Aus diesem Grund ist die Anzahl der mit einer Stange herstellbaren Teile bei Langdrehautomaten immer etwas geringer als bei herkömmlichen Maschinen.
Multitasking
Maschinen mit beweglichem Spindelstock können mit bis zu 13 Achsen ausgestattet werden, im Gegensatz zu herkömmlichen CNC-Maschinen mit 3 oder 4 Achsen. Da die Bediener die laufenden Arbeiten nicht auf eine andere Maschine übertragen müssen, um sie fertigzustellen, bedeutet dies einen erheblichen Mehrwert, da die Arbeitszeit und die Arbeitsintensität reduziert werden.
Dank der Verfügbarkeit von angetriebenen Werkzeugen können Drehautomaten mit beweglichem Spindelstock Fräsen, während das Material aus der Führungsbüchse gleitet. Die Y-Achse bietet umfangreiche Fräsmöglichkeiten. Dies ist bei den meisten konventionellen CNC-Drehmaschinen nicht der Fall. Zusätzlich zu den angetriebenen Werkzeugen für die Grundbearbeitung besitzen viele Langdrehautomaten eine Station mit einem Gegenspindelwerkzeugsatz. Nach dem Abstechen und Aufspannen in der Gegenspindel kann so die andere Seite des Werkstücks bearbeitet werden.
Vorteile der Langdrehautomaten
Sowohl aus der Verwendung einer Führungsbüchse als auch aus der Geometrie und Mechanik im Werkzeugbereich ergeben sich die Vorteile der Langdrehautomaten schweizerischer Bauart.
Anwendungen von Langdrehautomaten
In der Uhrenindustrie sind Langdrehautomaten nach wie vor weit verbreitet, auch wenn sie seit vielen Jahren von den Uhrmachern für andere Anwendungen übernommen wurden. Auch in der Medizintechnik, wo chirurgische Schrauben und Werkzeuge nach sehr hohen Standards hergestellt werden, wird diese Technologie gerne eingesetzt. Aber das ist noch lange nicht das Ende der beliebten Anwendungen für diese Art von Maschinen. Es folgt eine kurze Liste der wichtigsten anderen Anwendungen.
