Hartdrehmaschinen
Mit Hartdrehmaschinen erreicht man gegenüber dem Schleifen
- eine höhere Produktivität, da man mehr Material pro Arbeitsgang abheben kann
- eine höhere Genauigkeit, weil mehrere Bearbeitungen in einer Aufspannung erfolgen können
Hartdrehen ist somit eine echte Alternative zum zylindrischen Schleifen.
Ob Schmuck oder Automobile: Auf die abschließende Oberflächenbearbeitung von Hartwerkstücken kommt es in vielen Industriebranchen an. Als Alternative zum Rundschleifen hat sich zu diesem Zweck mittlerweile in zahlreichen Branchen das Hartdrehen mittels Hartdrehmaschine etabliert.
Inhaltsverzeichnis
Einsatzgebiete
Wer Werkstücken eine bestimmte Form geben möchte, entscheidet sich oft für ein Bearbeitungsverfahren der Zerspanungstechnik. Unter dem Spanen versteht der Handwerker eine Gruppe unterschiedlicher Fertigungstechniken. Alle Spanverfahren entfernen auf mechanische Art und Weise überschüssiges Material von bestimmten Werkstücken und lassen dabei Späne entstehen. Eines der bekanntesten Zerspanungsverfahren ist das Drehen, bei dem das Werkstück um die eigene Achse rotiert. Ein einschneidiges Werkzeug trägt während des Drehvorgangs die Späne ab, um dem Rohmaterial die gewünschten Konturen zu geben. Das Bearbeitungswerkzeug entspricht beim Drehen in der Regel einem Drehmeißel, um den das Werkstück oder Drehteil in gleichförmigen Bewegungen dreht. Da für das spanende Bearbeitungsverfahren keine manuelle Alternative existiert, braucht man zum Drehen eine Drehmaschine.
Hartdrehmaschinen zerspanen Hartmaterialien
Mittlerweile existieren von der Drehmaschine unterschiedliche Varianten, von denen jede für sich für einen speziellen Einsatzzweck gedacht ist. Neben Ultrapräzisionsdrehmaschinen für besondere Schnittgenauigkeit zählen Hartdrehmaschinen zu den industriell bedeutendsten Varianten. Anders als andere Sonderformen des Gerät sind diese Werkzeugmaschinen auf die Zerspanung von gehärteten Werkstücken ausgelegt. Durch diesen speziellen Einsatzzweck stellen sich an die Werkzeuge innerhalb der Hartdrehmaschine Sonderansprüche. Anders als andere Drehmaschinenarten müssen Hartdrehmaschinen zum Beispiel höheren Anforderungen gerecht werden, was die Härte ihrer einzelnen Bauteile angeht. Grundsätzlich muss das Maschinenmaterial wesentlich härter ausfallen als die zu bearbeitenden Materialien.
Härtere Schneidewerkzeuge charakterisieren Hartdrehmaschinen
Wie bei anderen Drehmaschinen liegt das Bearbeitungsmaterial beim Hartdrehen so in der Maschine, dass es während der Bearbeitung einzelne Drehungen vollzieht. Die in der Maschine verbauten Werkzeuge drehen sich bei der Bearbeitung des Hartwerkstücks nicht, sondern bleiben in der Regel statisch. Das Schneidwerkzeug der Hartdrehmaschine entspricht keinem konventionellen Drehmeißel, sondern besteht aus extrem harten Schneidematerialien mit hoher Bruchfestigkeit. Im Normalfall ist der Hartmeißel der Hartdrehmaschine fest an einem Werkzeugschlitten fixiert, der längs auf einem Bett verfährt und meist als Kreuzsupport ausgeführt ist. Der integrierte Planschlitten verfährt in der Regel quer zur Drehachse. In vielen Fällen sitzt ein Werkzeugträger dem Oberschlitten auf. Je besser das dämpfende Führungssystem, desto höher die Oberflächengüte und Maßgenauigkeit. Verschiebbar ist in den Maschinen meist nur der Schlitten. Wie alle anderen Drehmaschinen enthalten Hartdrehmaschinen neben dem Gestell, dem Spindelbett und dem Spindelstock außerdem eine Stützvorrichtung wie Reitstock oder Lünette.
Hartdrehmaschinen sind aus der modernen Industrie und Maschinenherstellung kaum noch wegzudenken. Obwohl die Genauigkeit der Zerspanung vom Maschinenmodell abhängt, erzielen Präzisionsmodelle bei der Stahlzerspanung Oberflächen- und Formgenauigkeiten von bis zu 0,1 µm bei Größenabweichungen von unter zwei µm. Diese Präzision ist beispielsweise zwingend erforderlich, wo es um die Herstellung von Präzisionsmaschinenteilen geht, so zum Beispiel in der Automobilindustrie. Mittlerweile ist das Hartdrehen neben dem Rundschleifen das beliebteste Verfahren zur Präzisionsendbearbeitung von Hartmaterialien und Maschinenteilen.
Vorteil der Hartdrehmaschine ist die Stahlzerspanung
Das Hartdrehen ermöglicht im industriellen Bereich die spanende Bearbeitung von gehärteten Stählen. Mit anderen Bearbeitungsverfahren lassen sich Materialien mit einem Härtebereich zwischen 58 und 70 HRc +/- 2 HRc zum Beispiel nicht in bestimmte Formen überführen, ohne dass die Schneidewerkzeuge brechen. Dank der stabilen Drehmeißel bricht das integrierte Schnittwerkzeug von Hartdrehmaschinen auch bei der Zerspanung von gehärteten Stahlmaterialien nicht. Theoretisch lassen sich Hartdrehmaschinen außerdem zur Zerspanung von Hartmetallen einsetzen. Das gilt allerdings nur, solange der Kobaltenteil der entsprechenden Werkstücke bei mindestens zwölf Prozent liegt. Prinzipiell bietet sich die Hartdrehmaschine zur Zerspanung aller zylindrischer Werkstücke einer gewissen Härte an. Die Maschinen lassen notfalls sogar die Bearbeitung von Werkstücken in Submikrongröße zu. Sämtlichen Form- und Oberflächenanforderungen werden moderne Hartdrehmaschinen gerecht. Bei der richtigen CBN-Abstufung lassen sich mit industriellen Hartdrehmaschinen moderner Technik sogar Werkstücke mit unterbrochenem Schnitt zerspanen.
Verglichen mit Schleifen ist Hartdrehen günstiger
Sowohl Maschineninvestitionen, als auch Werkzeugkosten sind beim Hartdrehen deutlich niedriger als bei der Alternative Schleifen. Für Aufbereitung und Entsorgung von Kühlmitteln müssen Industrien in vielen Fällen keinerlei Kosten mehr einplanen. Zeit sparen sie sich wiederum beim Programmieren sowie Rüsten der Maschinen. Sogar die Vorbereitung der Mitarbeiter gestaltet sich zeitsparender. Beim Hartdrehen steht außerdem für sämtliche Endkonturen und jedes Profil oder Gewinde ein großes Sortiment an Werkzeugen mit variabel anpassbarem Schnittdatenset bereit. Große Aufmaße gestalten sich beim Hartdrehprozess unproblematisch. Dank der wesentlich kürzeren Bearbeitungszeit senken Industrien durch die Entscheidung für das Hartdrehen insgesamt ihre Stückkosten und maximieren zugleich die eigene Flexibilität. Mit Hartdrehmaschinen bietet sich ihnen nämlich immer auch die Option, auf konventionelle Art und Weise zu drehen. Von diesen Vorteilen abgesehen, halten Experten das Hartdrehen mit schleiftypischem Ergebnis für automationsfreundlicher als den Schleifprozess.
Druck ist ein wesentlicher Nachteil der Hartdrehmaschine
Trotz der vielen Vorteile haben Hartdrehmaschinen einen entscheidenden Nachteil. Beim Hartdrehvorgang übt der Bearbeitungsprozess vergleichsweise hohen Druck auf das Werkstück aus. Deshalb eignen sich Bearbeitungsarten wie der Schleifprozess zur Konturgabe für eher sensible Werkstücke besser. Vor allem besonders große, extrem lange oder außergewöhnlich dünne Teile werden lieber geschliffen, als hartgedreht. Grundsätzlich gilt für das Hartdrehen ein Längen-Durchmesser-Verhältnis von 2:1. Liegen andere Verhältnisse vor, lassen Experten die Hartdrehmaschine meist im Maschinenschrank. Eine Ausnahme sind Maschinenmodelle mit integrierten Abstützvorrichtungen wie Lünette oder Reitstock. Bei diesen Vorrichtungen schadet der hohe Druck des Bearbeitungsvorgangs auch Werkstücken in einem Verhältnis von 4:1 wenig.
Geschichte
Die Geschichte der Drehmaschine ist alt wie die Zeit. Drechselarbeiten haben vermutlich die längste Tradition. Die Form von vorchristlichen Funden legt den Schluss nahe, dass Drechseln als Zerspanungsverfahren bereits im 2. Jahrtausend vor Christus verbreitet war. Aus dem 8. Jahrhundert nach Christus ist eine Zeichnung überliefert, die die spanenden Drehbewegungen eines Drehteils an einer bogenintern befestigten Schnur zeigt. Im 13. Jahrhundert wurde wiederum die erste Wippendrehbank erfunden, an der die Dreher ihre Füße zum Maschinenantrieb nutzten und das Werkstück zur Bearbeitung mit beiden Händen um das Zerspanungswerkzeug führten. Im 15. Jahrhundert ersetzte die Handkurbel den manuellen Antrieb.
Aus den Zeiten Leonardo da Vincis stammt eine Drehbank mit Schwungscheibe, die durch ein Trittbrett kontinuierliche Drehbewegungen ermöglichte. Noch im selben Jahrhundert entstand die erste Drehbank, in der die Zustellung des Drehmeißels durch einen hölzernen Werkzeugschlitten und ein längs verfahrbares Drehteil erfolgte. Ein Jahrhundert später erfand Jacques Besson die erste Drehbank mit selbsttätig mechanischem Vorschub. Werkzeugschlitten zogen in dieser Maschine zwei Gewichte auf Umlenkrollen, um das Werkstück an das integrierte Zerspanungswerkzeug zu pressen. Im 17. Jahrhundert wurden Drehbänke aus Metall gefertigt, die ein Jahrhundert später neben Leitspindeln auch Wechselräder und Kreuzsupport enthielten. ie Maschinen der damaligen Zeit bewegten sich bereits relativ nahe an den Geräten, die heute als Drehmaschinen angeboten werden. Henry Maudslay stellte zur etwa gleichen Zeit eine Leitspindeldrehbank her, deren Innenleben komplett aus Metall bestand und neben Kreuzsupport umdrehungsunabhängigen Vorschub enthielt. Diese Entwicklung ebnete der späteren Hartdrehmaschine den Weg.
Härtere Schneidematerialien für Hartdrehmaschinen
Im 19. Jahrhundert erfand Joseph Whitworth eine Mehrstahl- und Mehrschlittendrehbank, die Werkstücke zur selben Zeit mit mehreren Werkzeugen bearbeiten und damit die Bearbeitungszeit des Zerspanungsprozesses senken konnte. Stephen Fitch führte im selben Jahrhundert den Oberschlitten in Form eines Revolverkopfes aus und erfand so die Revolverdrehmaschine. Nach der Erfindung der Leit- und Zugspindeldrehbank im Jahr 1880 erreichten den Markt Jahr für Jahr neue Drehmaschinen mit verfeinerter Technik, so neben der Kopierdrehmaschine bald auch die NC-Drehmaschinen, die von einer Steuerung überwacht wurde. Zu einem mechanischen Gerät mit höchster Genauigkeit und rasanter Geschwindigkeit wurde die Drehmaschine ab 1945. Modernen Hartdrehmaschinen stand im 20. Jahrhundert nichts mehr entgegen. Bis heute erreichen den Markt regelmäßig Neuentwicklungen und Verfeinerungen der Drehmaschinenvariante. Hartdrehen hat sich vor allem in den letzten Jahre durch die Entdeckung extrem harter Schneidmaterialien zu einem immer einfacheren und zuverlässigeren Verfahren entwickelt, das mittlerweile den Ultrapräzisionsanforderungen moderner Industrie gerecht wird.
Die Erfindung des Hartdrehens datieren Experten mittlerweile auf Anfang der Neunziger Jahre. Drehmaschine erhielten in dieser Zeit die nötige Formfestigkeit, Stabilität und Genauigkeit, um allen Ansprüchen des Hartdrehens gerecht zu werden. Über lange Zeit wurden Metalle mit Natur- und Synthetik-Diamant endbearbeitet. Dieser härteste aller Werkstoffe versagte allerdings noch immer an der Bearbeitung von gehärtetem Stahl. Reaktionen mit dem Kohlenstoff innerhalb des Stahls ließen den Diamant verkohlen. Kubische Kristallgefüge mit der etwa selben Härte schienen die Lösung zu sein. Zum Hochpräzisionshartdrehen sind bis heute Einsatzstähle mit niedrigem CBN-Anteil um die 50 Prozent erforderlich. Grundsätzlich werden gehärteten Stählen an diesen Materialien in negativem Schneidwinkel gedreht. Schneid- und Kühlflüssigkeit sind meist nicht erforderlich. Um trotz der Werkzeugdruckkraft in X-Richtung rauheitsbeeinflussende Schwingungen auszuschließen, werden bis heute immer wieder Innovationsverfahren konzipiert.
Hersteller
Um gehärtete Werkstücke zu drehen, dürfen Hartdrehmaschinen heutzutage in vielen Betrieben kaum noch fehlen. Die meisten Hartdrehmaschinen für den industriellen Bereich sind auf Ultrapräzisionsdrehen ausgelegt und lassen die schnelle Präzisionsbearbeitung von kleinen und großen Hartwerkstücken zu. Gute Hartdrehbänke und Hartdrehmaschine ermöglichen vielfältige Arbeitswege. Mittlerweile existiert eine Vielzahl unterschiedlicher Hartdrehmaschinenhersteller mit bekanntermaßen hochwertigem Produktsortiment.
Hochgenauigkeit mit Hembrug
Hembrug zählt zu den bekanntesten und hochwertigsten Herstellern für Hartdrehmaschinen. Nicht nur für die hochgenaue Zerspanung, sondern auch für die ein- bis zweispindelige Ausführung sind Hembrugs Hartdrehmaschinen bekannt. Maßgenauigkeit ermöglicht der Hersteller vor allem durch die spindelintegrierte Hydrostatik, die Präzisionsschleifprozesse zulässt. Neben kleineren Fabriken greifen viele Großbetriebe mittlerweile auf Hembrugs Hartdrehmaschinen zurück. Die meisten Kunden des Herstellers stammen aus der Schmuck- und Automobilindustrie und sind deshalb auf besonders feine Verarbeitungsverfahren angewiesen.
High-Performance-Drehanlagen von Hardings
Hersteller Hardings ist für seine High-Performance-Drehanlagen zur individuellen Fertigung genauso bekannt wie für preisbewusste Performance-Anlagen zu einfacheren Fertigungsanforderungen. Prinzipiell stellt Hardings Drehzentren für jede Anforderung her, die ebenso viel Genauigkeit, wie Qualität und Individualität bieten. Die Hartdrehmaschinen des Herstellers sind als Alternativweg zum Rundschleifen gedacht. Zentral überdimensionierte Kugelrollspindel und kompakt mehrreihige Linearmodule fangen in den Maschinen des Herstellers die hohen Druckkräfte beim Hart- und Hochpräzisionsdrehen ab, um Schwingungsdämpfung und Stabilität zu erreichen. Hardings nutzt Hacrete Polymerbeton als Voraussetzung für erstklassige Hart- und Hochpräzisionsdreharbeit. Die Oberflächengüte, die Standzeiten und die Prozessabläufe innerhalb der Drehprozesse werden so verbessert.
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