Ausgangslage
In meiner Abschlussarbeit beschäftigte ich mich mit der Konzeption einer Optimierung für einen Frästisch. Da der bestehende Frästisch aktuell pro Fräswerkzeug einen Motor braucht und dies mit erheblichen Kosten verbunden ist, war ich motiviert, eine kostengünstigere Lösung zu finden. Mittels einer Informationssammlung konnte verschiedene Lösungsvarianten ermittelt und ein Lösungsentscheid getroffen werden. Die Optimierung beinhaltete auch die Konstruktion der Maschine in einem neuen Design – vom Maschinengestell bis zum Werkzeughalter. Das Konzept wurde im CAD realisiert und ausgewertet. In der Diplomarbeit ist der strukturierte Ablauf der Neukonstruktion beziehungsweise der Optimierung abgebildet.
Hauptfunktion
Der Frästisch dient dazu Werkstücke im Bereich Holz zu bearbeiten. Die Werkstücke werden in einem vorgängigen Arbeitsschritt zugeschnitten oder ausgefräst. Im nächsten Arbeitsschritt werden sie auf einem Frästisch entgratet oder mit spezifischen Formfräsern bearbeitet. Die Werkzeuge haben zentrisch einen Anlaufring (oberliegendes Kugellager). Das Werkstück wird bei diesem Vorgang entlang des Fräswerkzeug geschoben, welches in der Höhe bei der Z-Achse eingestellt werden kann. Nun können spezielle Formen an der Kante des Werkstückes realisiert werden. Ob eine einfache Fase, eine Rundung oder auch spezielle Formen sind auf diesem Frästisch kein Problem. Die Fräswerkzeuge werden in einem Drehzahlbereich von 4000 bis 25000 U/min angewendet.
Die Optimierung
Eines der Hauptziele meiner Diplomarbeit war eine Optimierung gegenüber den bestehenden Maschinen. Aktuell sind diese Maschinen meist mit mehreren Antriebsmotoren und Zustellmechaniken ausgestattet. Meine Optimierung sah eine Zustellmechanik des Antriebs mit maximal einem Antriebsmotor vor. Die Maschinen am Markt sind mit einer maximalen Anzahl zustellbaren Werkzeugen begrenzt. Durch die angedachte Optimierung können beliebig viele Werkzeughalter verwendet werden. Je nach Bearbeitung des Anwenders kann selbst entschieden werden, wie viele Werkzeughalter angeschafft werden sollen. Durch das mittig liegende Werkzeug ist die Bearbeitung einfacher als bei herkömmlichen Maschinen.
Der Werkzeugaustausch geschieht mit wenigen Handgriffen und ohne Spezialwerkzeugen. Das ganze System ist so konstruiert, dass die Werkzeughalter formschlüssig ihren Platz in der Maschine finden.
Die Sicherheit bei der Bedienung der Maschine war auch ein sehr wichtiger Teil meiner Diplomarbeit. Für diesen Teil der Arbeit wurde ein Sicherheitskonzept ausgearbeitet. Die Maschine ist mit mehreren Sicherheitseinrichtungen ausgestattet und kann erst bei Erfüllen aller Sicherheiten gestartet werden. Während dem Verwenden der Maschine ist die Mechanik des Antriebsmotors nicht zugänglich. Dies dient zur Unfallverhütung bei.
Die Sicherheiten:
1. Druckluftüberwachung im Pneumatiksystem
2. Rollenstösselendschalter an der Zustellmechanik
3. Türschutzschalter an der Maschinentür
4. Not-Aus-Schalter an der Bedieneinheit
5. Unterspannungsauslöser am Hauptschalter
Bei Nichterfüllen einer der Sicherheiten, erhält die Maschine keine Freigabe und der Antriebsmotor kann nicht gestartet werden.
Kernpunkt
Einer der Kernpunkte meiner Diplomarbeit war die Auslegung des Werkzeughalters. Da sich die Werkzeuge bis 25000 U/min Drehen, mussten Spezialkugellager in der O-Anordnung verwendet werden. Zudem ist der Aufbau der gesamten Spindel sehr komplex und mit hochpräzisen Bauteilen ausgestattet. Es gelang mir jedoch ein Spindelsystem zu konstruieren, welches so auch realisiert werden könnte.
Ein anderer Kernpunkt war die Zustellmechanik, welche den Antriebsmotor des Werkzeughalters zustellt. Hierzu wurden präzise Linearführungen angewendet.
Nutzen/Mehrwert
Durch diese Optimierung ist der Anwender sehr flexibel und nicht durch die Anzahl der Werkzeuge eingeschränkt. Die Konstruktion ist möglichst einfach aufgebaut, so dass Revisions- und Reparaturarbeiten simpel und gut zugänglich ausgeführt werden können. Das Werkzeug ist immer mittig des Auflagetisches und dient einer einfachen Handhabung bei der Bearbeitung der Werkstücke.
Es wird nur ein Antriebsmotor verwendet.
Ausblick
In einem weiteren Schritt soll das Konzept als Prototyp hergestellt und in einer Schreinerei ausgiebig getestet werden.
