Inhalt unserer Diplomarbeit ist die Planung, Konstruktion und Fertigung einer zuverlässigen und stabilen CNC-Fräsmaschine, welche für den Einsatz bei der Fertigung für Teile bis zu ca. 200mm x 200mm x 200mm ausgelegt ist.
Die Maschine ist modular aufgebaut, wobei die Diplomarbeit die Maschine in der Grundausstattung umfasst, welche über drei Linearachsen und eine waagrecht angeordnete Frässpindel verfügt. Auf der X-Achse der Maschine befindet sich ein senkrecht stehender, T-Nutentisch, auf welchem Spannapparate, Werkstücke und zukünftige Maschinenmodule befestigt werden können. Weiters umfasst die Grundausstattung einen Winkeltisch, welcher eine horizontale Aufspannfläche bietet und somit das Aufspannen vereinfacht.
Dabei sollen die Kosten der Maschine möglichst geringgehalten werden, ohne die Qualität stark zu beeinträchtigen. Mit der genauen Auswahl der Verfahrwege benötigen wir keine Großmaschinen und keine speziellen Werkzeuge, und können somit die Maschine selbst in unseren eigenen Werkstätten herstellen, wodurch die Kosten niedrig gehalten werden können.
Der erste Schritt, also die Planung ist Hand in Hand mit der Konstruktion gegangen. Zuerst wurde überlegt, wie die einzelnen Komponenten der Maschine ausgeführt werden, wobei wir uns an einer klassischen mitteleuropäischen Werkzeugmaschine orientiert haben. Anschließend zur Konstruktion haben wir noch eine FEM-Simulation durchgeführt, um auftretende Kräfte beziehungsweise Verformungen einschätzen zu können, und um mit diesem Wissen die Konstruktion noch einmal optimieren zu können.
Die Fertigung beziehungsweise Montage und Inbetriebnahme wurde in unseren eigenen Werkstätten durchgeführt. Da die Maschine ein Prototyp ist, haben wir bei der Fertigung vorwiegend auf Schweißkonstruktionen gesetzt, weil Gussteile für eine Einzelanfertigung nicht rentabel wären und es für uns nicht möglich gewesen wäre diese selbst zu fertigen. Diese Schweissbaugruppen wurden anschließen auf einer Konventionellen Fräsmaschine mechanisch bearbeitet, um eine hohe Passgenauigkeit gewährleisten zu können, und um Toleranzen beziehungsweise Oberflächengüten einzuhalten.
Bei der elektrischen Montage wurden zuerst die Elektrokomponenten auf Hutschienen im Schaltschrank montiert. Anschließend wurden die Komponenten zuerst innerhalb des Schaltschrankes und danach mit den externen Bauteilen, wie Servomotoren, der Frässpindel und der Steuerung verkabelt.
Bei der Abschließenden Inbetriebnahme musste noch der Frequenzumrichter des Frässpindelmotors und die Servotreiber der Servomotoren parametriert werden.
Das Ergebnis ist eine präzise CNC-Fräsmaschine als Grundmodell, auf die später mit geringen Modifikationen zum Beispiel noch ein Vertikalfräskopf oder verschiedenste Aufspannvorrichtungen bzw. weitere dreh- und Linearachsen aufgerüstet werden können. Anbaumöglichkeiten sind dabei am Horizontalfräskopf und an den T-Nutentischen vorgesehen. Für weitere Erweiterungen (z.B. Werkzeugmagazin) wird Platz freigehalten. Die Konstruktions- und Funktionsweise orientiert sich dabei an einer klassischen mitteleuropäischen Werkzeugfräsmaschine. Der Aufbau besteht also aus einer Maschinensäule, auf der frontal eine Konsole linear auf- und abfährt. Oberhalb der Säule befindet sich der Horizontalfräskopf mit der Horizontalspindel, dem Spindelmotor und ggf. einem Spindelgetriebe, welcher linear vor- und zurückfährt. auf der Konsole ist der Frästisch montiert, welcher linear hin- und herfährt. Als Steuerung ist eine Plug and Play Variante mit samt Touchscreen verbaut, sodass wir keine eigene Steuerung programmieren mussten, was sehr Zeitintensiv gewesen wäre.
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