Für die Bearbeitung unterschiedlicher Werkstoffe wie Metall, Eisenlegierungen, Holz und einiger Kunststoffe kommen spezielle Bearbeitungsmaschinen zum Einsatz. Man bezeichnet sie als Werkzeugmaschinen; sie dienen dazu, feste Werkstücke in Form zu bringen. Typisch für sie ist, dass sie ortsfest und groß sind und drei Arten der Bearbeitung ausführen können.
Welche Bearbeitungsarten gibt es?
In der Metallverarbeitung unterscheidet man drei Arten der Werkstückbearbeitung: spanende, spanlose und abrasive Bearbeitung. Bei der ersten Art wird überschüssiges Material in kleinen Teilchen, den sogenannten Spänen, von der Werkstückoberfläche abgetragen. Diese Art der Bearbeitung übernehmen Maschinen wie Drehmaschinen und Fräsmaschinen.
Maschinen für die spanlose Bearbeitung formen Werkstücke mit anderen Verfahren. Ein Beispiel ist die Presse in ihren verschiedenen Ausführungen. Pressen verformen Metallplatten, sogenannte Bleche, ohne dabei Späne abzutragen. Ebenfalls zur spanlosen Bearbeitung zählen Maschinen für die Funkenerosion, das Laserschneiden, das Plasmaschneiden usw.
Bei der abrasiven Bearbeitung schließlich wird das Werkstück mit einer Schleifscheibe abgetragen. Die Schleifscheibe besteht aus Schleifkörnern, die durch ein Bindemittel zusammengehalten werden und die Werkstückoberfläche abtragen. Die Maschinen für diese Arbeitsgänge sind Schleifmaschinen.
Was sind Bearbeitungsmaschinen?
Bearbeitungsmaschinen bzw. Werkzeugmaschinen zeichnen sich dadurch aus, dass sie eine andere Energiequelle als die menschliche Muskelkraft nutzen, auch wenn viele Maschinen ohne andere Energiequelle auf das Eingreifen der Bediener angewiesen sind. Die Erfindung solcher Maschinen reicht weit zurück: Die erste Drehmaschine soll bereits in der Antike entstanden sein. Die Drehmaschine, wie wir sie heute kennen, wurde um 1751 entwickelt und besaß ein mechanisch verstellbares Schneidwerkzeug.
Den großen technologischen Sprung machten diese Maschinen jedoch während der industriellen Revolution mit der Erfindung der Dampfmaschine. Ab dieser Zeit verbreitete sich die Fräsmaschine und wurde neben der Drehmaschine zu einer der meistgenutzten Maschinen in den Werkstätten.
Diese Maschinen können über Handräder, Getriebe und Hebel betätigt werden, aber auch automatisch und rechnergestützt. Die computergestützte numerische Steuerung wurde in den 60er-Jahren erfunden, als man Maschinen mit Computern ausstattete, um die Prozesse zu beschleunigen. Diese Maschinen verfügen über modernste Technik und steigern die Produktion bei kürzeren Lieferzeiten und geringerem Personalaufwand. Zudem lassen sich damit Teile mit deutlich komplexeren Geometrien fertigen.
Interessanterweise werden Bearbeitungsmaschinen auch als Mutter der Maschinen bezeichnet, denn sie können alle anderen Maschinen herstellen – sich selbst eingeschlossen. Außerdem fertigen sie Teile unterschiedlichster Größe für die verschiedensten Branchen: von der Schraube bis zum Flugzeugrumpf.
Maschinenarten
Bearbeitungsmaschinen lassen sich unabhängig von der Bearbeitungsart in drei Gruppen einteilen: Schruppmaschinen (spanabhebend), Pressen (Umformen durch Verformung) und Sondermaschinen. Letztere arbeiten mit anderen Verfahren wie Laserschneiden, Plasma oder Funkenerosion.
Die wichtigsten spanabhebenden Maschinen, auch konventionelle Maschinen genannt, sind:
- Drehmaschine: bearbeitet rotationssymmetrische Werkstücke, die in einem Futter gespannt rotieren, während das Schneidwerkzeug an die Oberfläche heranfährt und Späne abträgt. Damit werden zylindrische und kegelige Formen gefertigt. Mit einem Bohrer bestückt, kann sie auch bohren.
- Fräsmaschine: arbeitet mit einem mehrschneidigen Schneidwerkzeug, dem Fräser. Der Spindelkopf der Maschine bleibt stehen, während das Werkstück zum Materialabtrag an ihn herangeführt wird.
- Bohrmaschine: dient zum Bohren von Löchern mit einem rotierenden Werkzeug (dem Bohrer).
- Schleifmaschinen bzw. Poliermaschinen: arbeiten mit einer Scheibe oder Schleifscheibe, die die Werkstückoberfläche abträgt und so die Oberflächengüte verbessert.
Pressen gibt es in verschiedenen Ausführungen, etwa mechanisch und hydraulisch; sie werden für Umformprozesse eingesetzt. Dazu wird das Werkstück auf eine Matrize unter einen Stempel gelegt, der beim Auslösen auf das Werkstück trifft und es über die Elastizitätsgrenze hinaus verformt.
Zu den nicht konventionellen und Sondermaschinen gehören:
- Funkenerosionsmaschine: nutzt elektrische Funken, die Materialteilchen aufschmelzen. Es gibt sie als Senkerodiermaschine und als Drahterodiermaschine (mit leitendem Draht). Die Werkstücke befinden sich in einer nicht leitenden Flüssigkeit.
- Plasmalichtbogen: schneidet das Material mit einem Gasstrahl bei sehr hoher Temperatur und hohem Druck.
- Laser: Bei der Laserbearbeitung werden Oberflächen geschnitten, indem das Material bei hohen Temperaturen verdampft wird.
- Ultraschall: nutzt Schwingungen im Ultraschallbereich sowie Schleifmittel und Wasser für die Bearbeitung durch Reibung.