Was ist Werkzeugmaschinendesign?

Der Werkzeugmaschinenbau umfasst die Konstruktion, den Bau und die Konstruktion von Werkzeugmaschinen, die für eine Vielzahl industrieller Zwecke eingesetzt werden. Zu den Werkzeugmaschinentypen, die heute in der Industrie häufig verwendet werden, gehören Dreh-, Bohr- und Fräsmaschinen sowie Transfer-, Schleif- und Honmaschinen. Bei der Konstruktion jeder Werkzeugmaschine müssen die Lasten berücksichtigt werden, die die Maschine bewältigen muss, wer die Werkzeugmaschine verwenden wird, welche Belastungen die Schlüsselkomponenten haben, außerdem muss sie ihren Energiebedarf und den Automatisierungsgrad ihrer Funktionen berücksichtigen.

Der Werkzeugmaschinenkonstrukteur muss sich auf mehrere Schlüsselaspekte der verschiedenen Werkzeugmaschinentypen konzentrieren. Das erste davon ist der Rahmen oder das Chassis, auf dem das Werkzeug aufgebaut ist. Dabei kann es sich um einen gegossenen, gefertigten oder gebauten Rahmen handeln, der alle für das Werkzeug erforderlichen Motoren, Tische und Steuerungen beherbergt. Oft bestehen diese Rahmen aus Stahl oder Gusseisen, bei der Konstruktion moderner Werkzeugmaschinen kann jedoch auch ein Rahmen aus Verbundkunststoff verwendet werden. Die Hauptfunktion des Rahmens besteht darin, dass er den Auswirkungen von Vibrationen, Hitze und Schall dauerhaft standhalten und diese dämpfen muss, um das Werkzeug effektiver und zuverlässiger zu machen.

Weitere Komponenten, die häufig in die Konstruktion einer Werkzeugmaschine einbezogen werden, sind Führungen und Schienen, also Führungen, die die Bewegung von Tischen und Spindeln ermöglichen. Es gibt zwei Hauptformen davon. Der kastenförmige Schlitten oder die Schiene ist der Standard und am einfachsten zu bauen, mit guter Dämpfung und Stoßfestigkeit, obwohl er oft schwer zu reparieren und zu ersetzen ist. Das Rollenschienendesign beinhaltet ein Lager zwischen dem Schlitten und der Schiene, wodurch es vielseitiger und einfacher zu montieren ist. Rollschienenkonstruktionen benötigen jedoch mehr Stellfläche und sind aufgrund ihrer größeren Komplexität oft teurer in der Herstellung.

Elektromotoren im Werkzeugmaschinenbau gibt es in einer von drei Varianten. Am gebräuchlichsten sind Spindelmotoren, die über Wellen angetrieben werden. Vorschubmotoren treiben die Schlitten an, die die Arbeitstische bewegen und werden oft als Servomotoren bezeichnet. Linearmotoren sorgen über einen am Schlitten befestigten Rotor für Bewegung in linearer Richtung und sind typischerweise klein und leicht.

Die Konstruktion einer Werkzeugmaschine muss auch über Steuerungen verfügen, die manuell erfolgen oder auf verschiedenen Mikroprozessoren basieren können, beispielsweise auf der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Software, die mit der SPS zusammenarbeitet, generiert ein Werkzeugmaschinenteil mithilfe von CAM-Programmen (Computer Aided Manufacturing) und CNC-Software (Computer Numerical Control), um CAM auszuführen und das Werkzeug auszuführen. Diese Software steuert die herausnehmbaren Werkzeuge und Bohrer aus gehärtetem Wolframkarbid, die im Mittelpunkt der Werkzeugmaschinenkonstruktion stehen.

Es wird erwartet, dass der Werkzeugmaschinenmarkt weiter wachsen wird, was zu einem ständigen Bedarf an Absolventen des Werkzeugmaschinendesigns führt. Schätzungen gehen davon aus, dass es sich bis 2015 um eine globale Industrie mit einem Umsatz von 80,7 Milliarden US-Dollar (USD) handeln wird, die Länder in Europa und Asien in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Windenergieerzeugung und Automobilindustrie beliefert. Der nordamerikanische Markt gilt als ausgereift, da veraltete Werkzeugmaschinenausrüstung zum Schneiden, Schleifen, Honen sowie Drehmaschinen, Fräsmaschinen und mehr durch neuere Modelle ersetzt werden, die anderswo stark nachgefragt werden.

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