Was ist Werkzeugmaschinendesign?
Das Design von Werkzeugmaschinen umfasst das Design, den Bau und die Konstruktion von Werkzeugmaschinen, die für eine Vielzahl von industriellen Zwecken eingesetzt werden. Zu den in der heutigen Industrie gebräuchlichen Arten von Werkzeugmaschinen gehören Drehmaschinen, Bohrmaschinen und Fräsmaschinen sowie Transfer-, Schleif- und Honmaschinen. Jede Werkzeugmaschinenkonstruktion muss die Belastung berücksichtigen, die die Maschine bewältigen muss, wer die Werkzeugmaschine verwendet, die Beanspruchung der Schlüsselkomponenten sowie die Leistungsanforderungen und den Grad der Automatisierung der Funktion.
Der Werkzeugmaschinenkonstrukteur muss sich auf mehrere Schlüsselaspekte der verschiedenen Arten von Werkzeugmaschinen konzentrieren. Das erste davon ist der Rahmen oder das Chassis, auf dem das Werkzeug aufgebaut ist. Es kann sich um einen gegossenen, gefertigten oder konstruierten Rahmen handeln, in dem alle für das Werkzeug erforderlichen Motoren, Tische und Steuerungen untergebracht sind. Oft werden diese Rahmen aus Stahl oder Gusseisen hergestellt, aber ein modernes Werkzeugmaschinendesign kann auch ein Kunststoffverbundgerüst verwenden. Die Schlüsselfunktion des Rahmens besteht darin, dass er den Auswirkungen von langfristigen Vibrationen, Hitze und Geräuschen standhalten und diese dämpfen kann, um das Werkzeug effektiver und zuverlässiger zu machen.
Andere Komponenten, die häufig in einer Werkzeugmaschinenkonstruktion enthalten sind, sind Schlitten und Schienen, die Führungen sind, die das Bewegen von Tischen und Spindeln ermöglichen. Hierfür gibt es zwei Hauptformen. Die Box Way Slide, oder Schiene, ist der Standard und am einfachsten zu bauen, mit einer guten Dämpfungsfähigkeit und Stoßfestigkeit, obwohl es oft schwierig ist, sie zu reparieren und zu ersetzen. Die Rollbahnkonstruktion enthält ein Lager zwischen dem Schlitten und der Schiene, wodurch sie vielseitiger und einfacher zu positionieren ist. Rollbahnkonstruktionen beanspruchen jedoch mehr Bodenfläche und sind aufgrund ihrer erhöhten Komplexität in der Regel teurer in der Herstellung.
Elektromotoren im Werkzeugmaschinenbau gibt es in drei Varianten. Spindelmotoren sind am gebräuchlichsten und werden von einer Welle angetrieben. Vorschubmotoren versorgen Schlitten, die Arbeitstische bewegen, mit Strom und werden häufig als Servomotoren bezeichnet. Linearmotoren liefern Bewegung in einer linearen Richtung über einen Rotor, der mit dem Schlitten verbunden ist, und sind normalerweise klein und leicht.
Ein Werkzeugmaschinendesign muss auch Steuerungen enthalten, die manuell oder auf verschiedenen Mikroprozessoren basieren können, wie z. B. der speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS). Die 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 abnehmbare Werkzeuge und Bits aus gehärtetem Wolframkarbid, die den Schwerpunkt der Werkzeugmaschinenkonstruktion bilden.
Es wird erwartet, dass der Markt für Werkzeugmaschinen weiter wächst, was den Bedarf an Absolventen im Bereich Werkzeugmaschinendesign weiter steigert. Schätzungen zufolge wird es sich im Jahr 2015 um eine globale Industrie im Wert von 80,7 Milliarden US-Dollar (USD) handeln, die Nationen in ganz Europa und Asien in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Windkraft und Automobil beliefert. Der nordamerikanische Markt gilt als ausgereift, während alternde Werkzeugmaschinen zum Schneiden, Schleifen, Honen sowie Dreh- und Fräsmaschinen durch neuere Modelle ersetzt werden, die an anderer Stelle stark nachgefragt werden.