Vorlesungsmitschrift zur Veranstaltung Werkzeugmaschinen in Stichpunkten und kurzen Abschnitten. Aus dem Inhalt: Wie grenzen sich WZM gegenüber anderen Maschinen ab?, Nach welchen Kriterien lassen sich WZM einteilen?, Wie lassen sich WZM nach ihrem Automatisierungsgrad definieren?, Welche Nebenfunktionen von WZM sind für eine automatische Fertigung erforderlich, Aufbau von WZM, Gestelle und Gestellbauteil, Führungen, Antriebe, (...).
Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1: Einführung
Kapitel 2: Aufbau von WZM
Kapitel 3: Gestelle und Gestellbauteil
Kapitel 4: Führungen
Kapitel 5: Antriebe
Kapitel 6: Lasertechnik
6.1. Grundlagen der Lasertechnik
6.2. Laserschweißen
6.3. Laseroberflächenbearbeitung
6.4. Laserarten
6.5. Lasersicherheit
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit vermittelt ein grundlegendes Verständnis über den Aufbau, die funktionalen Komponenten und die technologischen Verfahren von Werkzeugmaschinen (WZM). Das Ziel ist es, die physikalischen Prinzipien sowie die konstruktiven Anforderungen zu erläutern, die für eine präzise und effiziente industrielle Fertigung entscheidend sind.
- Grundlegende Definitionen und Einteilungskriterien von Werkzeugmaschinen
- Aufbau von Gestellen und deren Festigkeits- sowie Steifigkeitskriterien
- Physikalische Funktionsweisen und Anforderungen an unterschiedliche Führungs- und Antriebssysteme
- Grundlagen, Verfahren und Sicherheit bei der Lasertechnik in der Fertigung
Auszug aus dem Buch
6.2. Laserschweißen
a) Wärmleitungsschweißen
Das Laserlicht wird mittels einer Optik fokussiert (Brennglaseffekt). Die Werkstückoberfläche der Stoßkante, bzw. der Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile befindet sich in der unmittelbaren Nähe des Fokus der Optik; die Lage des Fokus relativ zur Werkstückoberfläche ist ein wichtiger Schweißparameter und legt z. B. die Einschweißtiefe mit fest. Der Brennfleck besitzt typische Durchmesser von einigen Zehntel Millimetern, wodurch sehr hohe Energiekonzentrationen entstehen, wenn der eingesetzte Laser die typischen Leistungen von einigen Kilowatt Laserleistung besitzt. Durch Absorption der Laserlichtenergie erfolgt auf der Werkstückoberfläche ein extrem schneller Anstieg der Temperatur über die Schmelztemperatur von Metall hinaus, so dass sich eine Schmelze bildet.
b) Tiefschweißen
Bei hohen Strahlintensitäten im Fokus bildet sich in der Schmelze in Strahlrichtung eine Dampfkapillare (mit Metalldampf bzw. teilionisiertem Metalldampf gefüllter, schlauchförmiger Hohlraum) in der Tiefe des Werkstückes aus. Der Werkstoff wird dadurch auch in der Tiefe in extrem kurzen Zeiten aufgeschmolzen, wenn der auf die Werkstückoberfläche fokussierte Laserstrahl entlang der Stoßfugen zum Verschweißen geführt wird. Um die hohe Nahtqualität zu gewährleisten und die Geschwindigkeit zu erhöhen, wird zumeist ein Schutzgas verwendet. Dieses schirmt das Schweißgut von der Umgebungsluft ab und beeinflusst zudem das Schweißplasma positiv.
Zusammenfassung der Kapitel
Kapitel 1: Einführung: Dieses Kapitel definiert Werkzeugmaschinen über ihre Zielstellung, die Formänderung von Werkstücken, und klassifiziert sie nach Kriterien wie Verfahren, Bauform und Automatisierungsgrad.
Kapitel 2: Aufbau von WZM: Hier werden die zentralen konstruktiven Hauptkomponenten einer Werkzeugmaschine vorgestellt, bestehend aus Gestell, Führung, Antrieb und Steuerung.
Kapitel 3: Gestelle und Gestellbauteil: Es wird erläutert, wie Gestelle Kräfte und Momente aufnehmen müssen und warum die Steifigkeit, beeinflusst durch Werkstoffwahl und Geometrie, das entscheidende Auslegungskriterium darstellt.
Kapitel 4: Führungen: Das Kapitel behandelt die verschiedenen Führungsarten wie Gleit- und Wälzführungen sowie deren tribologische und physikalische Anforderungen für hohe Arbeitsgenauigkeit.
Kapitel 5: Antriebe: Es werden die Anforderungen an Haupt-, Neben- und Hilfsantriebe sowie die Funktionsweisen verschiedener Motorentypen und Getriebearten beschrieben.
Kapitel 6: Lasertechnik: Dieses Kapitel führt in die physikalischen Grundlagen der stimulierten Emission ein und erläutert verschiedene Verfahren wie das Laser-Schweißen und Laser-Härten sowie notwendige Sicherheitsmaßnahmen.
Schlüsselwörter
Werkzeugmaschinen, Steifigkeit, Gestellbau, Führungen, Antriebstechnik, Lasertechnik, Wärmleitungsschweißen, Tiefschweißen, Stribeck-Kurve, Stick-Slip-Effekt, Schwingungen, Schweißparameter, Festigkeit, Dämpfung, Materialbearbeitung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Das Dokument bietet eine Einführung in die Grundlagen von Werkzeugmaschinen, von deren mechanischem Aufbau bis hin zu modernen Laserbearbeitungsverfahren.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Felder umfassen die Struktur von Werkzeugmaschinen, die Kriterien für deren mechanische Auslegung, Antriebskonzepte sowie die Anwendung von Lasern in der Fertigung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das primäre Ziel ist die Vermittlung technischer Grundlagen und physikalischer Zusammenhänge, die für das Verständnis und die Auslegung von Werkzeugmaschinen erforderlich sind.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es werden mechanische Gesetzmäßigkeiten, physikalische Modelle zur Beschreibung von Steifigkeit und Dämpfung sowie technologische Parameter für Bearbeitungsprozesse analysiert.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil behandelt detailliert den Aufbau von Gestellen, die verschiedenen Arten von Führungen, Antriebsarten sowie die physikalischen Grundlagen und Schweißverfahren der Lasertechnik.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Werkzeugmaschinen, Steifigkeit, Gestellbau, Führungen, Antriebstechnik, Lasertechnik und Schweißverfahren.
Was unterscheidet das Schwanenhalsprinzip von anderen Auslegungsmethoden?
Das Schwanenhalsprinzip zielt darauf ab, das Nachgiebigkeitsverhalten der Maschine zu verbessern, indem durch ein statisch weiches Element die Eigenfrequenz beeinflusst und die Nachgiebigkeitskurve gezielt verschoben wird.
Warum ist beim Laserschweißen zwischen Wärmleitungsschweißen und Tiefschweißen zu unterscheiden?
Der Hauptunterschied liegt in der Energiekonzentration und -eindringtiefe: Während beim Wärmleitungsschweißen nur die Oberfläche durch Absorption erhitzt wird, erzeugt das Tiefschweißen eine Dampfkapillare, die einen tieferen Aufschmelzvorgang ermöglicht.
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- Anonym (Auteur), 2006, Werkzeugmaschinen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/281552
