mini|Handbediente Leit- und Zugspindeldrehmaschine Die Drehmaschine oder auch Drehbank ist eine spanabhebende Werkzeugmaschine, die vorwiegend für das Fertigungsverfahren Drehen verwendet wird. Manche Drehmaschinen besitzen auch Zusatzeinrichtungen zum Fräsen oder Stoßen.
Mit einer Drehmaschine werden rotationssymmetrische Werkstücke (Drehteile) hergestellt. Sie sind im einfachsten Fall zylindrische Teile mit ebenen, zur Drehachse rechtwinkligen Grenzflächen. Komplexere Formen sind Kegel- oder Kugelflächen oder freie Formen, die mittels Zusatzeinrichtungen auch von der Drehsymmetrie abweichen können. Das Werkstück führt durch Rotation die Schnittbewegung aus. Das Werkzeug, der Drehmeißel, ist fest auf den Werkzeugschlitten gespannt, führt mit ihm die Vorschubbewegung aus und nimmt dabei kontinuierlich einen Span ab, indem der Schlitten längs oder auch quer zur Rotationsachse des Werkstücks entlang der zu bearbeitenden Fläche bewegt wird. Davon abweichend existieren Sonderbauformen, bei denen das Werkstück auf dem Maschinentisch fixiert ist und stillsteht, während das Werkzeug rotiert. Beim Außendrehen entstehen äußere, beim Innendrehen innere Konturen. Zylindrische Hohlformen werden i. d. R. nicht mit einem Drehmeißel hergestellt, sondern gebohrt, sofern die Mitte der Bohrung mit der Drehachse bzw. der Drehsymmetrieachse des Werkstücks zusammenfällt. Der Bohrer wird im Reitstock eingespannt.
Drehmaschinen gibt es in zahlreichen verschiedenen Bauformen und mit verschieden hohem Automatisierungsgrad. Die Hauptkomponenten sind das Gestell mit den Führungen für die Schlitten und den Reitstock, die Schlitten, der Antrieb und die Steuerung.
Vorgänger der heutigen Drehmaschinen ist die Drehbank, die meist keinen maschinellen Antrieb hat und nie mehr als einen Werkzeugschlitten. Der Wandel von der Drehbank zur Drehmaschine vollzog sich in der Wende zum 18. Jahrhundert mit der Einführung des Werkzeugschlittens, dem Einsatz von Zug- und Leitspindel zur Erzeugung der Kinematik zwischen Drehung des Werkstücks und Vorschub des Werkzeugs sowie der vollständig aus Metall gefertigten Drehmaschine. Mit der Leitspindel wurde das Werkzeug zwangsgeführt, und die Qualität der Drehteile hing nicht mehr so stark von dem Geschick des Drehers ab. Drehmaschinen leisteten einen entscheidenden Beitrag zur industriellen Revolution, denn viele Maschinenbauteile, etwa für Dampf-, Spinn- und Webmaschinen wurden erst durch Drehen in nennenswerter Stückzahl wirtschaftlich herstellbar. Typische durch Drehen hergestellte Bauteile sind Achsen, Wellen, Schrauben, Spindeln oder Bolzen.
Die Bezeichnung Drehmaschine wurde erst ab etwa 1950 im Sprachgebrauch üblich. In der Fachliteratur hat sie sich inzwischen vollständig durchgesetzt, aber viele Fachleute bevorzugen mündlich noch immer den Begriff Drehbank. Bei sogenannten CNC-Drehmaschinen werden die Bearbeitungsprozesse in Computerprogrammen definiert; die anschließende Bearbeitung erfolgt automatisch, wobei die Werkzeugbewegungen elektronisch gesteuert werden.
Geschichte mini|links|Über eine Fußwippe und eine Schnur wird an der Wippendrehbank das Drehteil in Rotation versetzt mini|Nachbau einer altertümlichen Wippendrehbank mini|Ein Kannenmacher dreht Gebrauchsgegenstände aus Hartzinn, während sein Assistent das große Antriebsrad bedient. Illustration aus dem Ständebuch von Jost Ammann von 1568 mini|Eine Drehbank um 1889, links der Spindelstock mit verschiedenen Riemenscheiben, rechts der Reitstock, in der Mitte der Werkzeugschlitten (Support)
Die Entstehung der Drehmaschine lässt sich heute nicht mehr genau datieren, doch stellt sie eine Umkehrung der Kinematik des Bohrens dar. Die frühesten Funde, die aufgrund ihrer Form auf Drechselarbeiten schließen lassen, können auf das Ende des 2. Jahrtausends v. Chr. datiert werden und stammen aus dem mykenischen Raum. Jedoch sind die gefundenen Hölzer derart verwittert, dass die für das Drechseln typischen Rillen nicht mehr zu erkennen sind und damit der letzte Beweis ausbleibt. Die ersten sicher als Drechslerarbeiten identifizierten Werkstücke entdeckte man in einem Grab bei Corneto, der sogenannten Tomba del Guerriero (Grab des Kriegers), das auf das frühe 6. Jahrhundert v. Chr. datierbar ist. Die erste Darstellung, die das Prinzip der Drehbank beschreibt, fand man in einem ägyptischen Grab, dem Grab des Petosiris aus dem Jahre 300 v. Chr.Josef Auer: Heimatverein Vetoniana Pfünz, 6. Januar 2004 (PDF-Datei, 1 MB) Mit einer Schnur trieb ein Mann das Werkstück an, während der andere das Werkzeug gegen das Werkstück hielt. Nach Überlieferungen der griechischen Mythologie erfand Daidalos die Drehbank mit Schnurzug.
Aus dem 8. Jahrhundert n. Chr. ist eine Zeichnung erhalten, auf der die Erzeugung der Drehbewegung mithilfe eines Fiedelbogenantriebs dargestellt ist; das Drehteil wird dabei mit einer in einen Bogen gespannten Schnur durch hin- und hergehende Bewegung gedreht. Im 13. Jahrhundert kam die Wipp- oder Wippendrehbank auf, bei der die Schnur mit einem Ende an einem Trittbrett und am anderen Ende an einer Feder, meist in Form einer an der Decke befestigten Latte, befestigt war. Mit dieser Konstruktion konnte der Dreher mit dem Fuß die Apparatur antreiben und hatte beide Hände zum Führen des Werkzeugs frei. Die englische Bezeichnung für Drehmaschine, Lathe, stammt von der als Feder genutzten Latte ab.
Anfang des 15. Jahrhunderts nutzte man die Handkurbel als Antrieb. Auch Leonardo da Vinci erfand eine Drehbank, bei der eine Schwungscheibe über ein Trittbrett angetrieben wurde und so eine kontinuierliche Drehbewegung ermöglichte. Dieses Konzept konnte sich jedoch nicht durchsetzen. Aus dem Jahre 1480 stammt die erste Darstellung einer Drehbank mit Support. Die Zeichnung beschreibt eine Drehbank mit hölzernem Werkzeugschlitten zur Zustellung des Drehmeißels und einem in Längsrichtung verfahrbaren Drehteil. Auch Leonardo da Vinci verwendete 1490 bereits einen Werkzeughalter.Günter Spur: Vom Wandel der industriellen Welt durch Werkzeugmaschinen, eine kulturgeschichtliche Betrachtung der Fertigungstechnik. Carl Hanser Verlag, München / Wien 1991, ISBN 3-446-16242-9.
Jacques Besson konstruierte 1571 eine Drehbank mit selbsttätigem mechanischem Vorschub über die Leitspindel. Den Werkzeugschlitten zogen zwei Gewichte über Umlenkrollen nach oben und pressten damit das Werkzeug an das Werkstück. In der Feinmechanik waren die Drehbänke nach 1650 schon zu einem großen Teil aus Metall und verfügten ab 1750 schon über alle wesentlichen Merkmale einer modernen Drehmaschine, wie Leitspindel, Wechselräder und einen Kreuzsupport. Sogar die Zeichnung einer Kopierdrehmaschine aus dem Jahre 1741 ist bekannt.Technisches Museum Wien Diese frühen Leistungen waren nur auf Grund geringer Größe möglich. Die erste für den Maschinenbau geeignete Supportdrehbank stammt wahrscheinlich vom Amerikaner Sylvain Brown aus dem Jahre 1791. Sieben Jahre später ließ David Wilkinson, ebenfalls ein Amerikaner, eine Supportdrehbank patentieren.
Henry Maudslay, einem der Gründungsväter des Werkzeugmaschinenbaus, gelang es schließlich, eine Leitspindeldrehbank für den Maschinenbau komplett aus Metall zu fertigen. Sie verfügte über einen Kreuzsupport sowie einen von der Umdrehung abhängigen Vorschub, der die Herstellung gleicher, untereinander austauschbarer Teile erlaubte. Diese als Austauschbau bezeichnete Methode eignete sich besonders für Schrauben, denn vor Maudslays Erfindung waren alle Gewinde individuell und untereinander nicht austauschbar. Kurz darauf konstruierte man den Planschlitten und koppelte auch ihn mit der Leitspindel. Maudslay wiederum setzte nun auch Wechselräder für den Vorschub ein, um mit ein und derselben Leitspindel Gewinde unterschiedlicher Steigung drehen zu können. Die erste Leitspindeldrehmaschine in Deutschland kam 1810 aus London und wurde von der Maschinenfabrik Koenig & Bauer in Würzburg angeschafft. Die erste Karusselldrehmaschine fertigte 1839 der Schweizer Ingenieur Johann Georg Bodmer während seiner Zeit bei Whitworth in England.
mini|links|Über eine Fußwippe, Kette und Flachriemen wird die Drehbank angetrieben
Joseph Whitworth erweiterte 1840 die bekannte Drehmaschine um weitere verfügbare Werkzeuge und Schlitten (Mehrstahl- und Mehrschlittendrehbank). Diese konnten die Werkstücke mit mehreren Werkzeugen gleichzeitig bearbeiten und so die damals sehr langen Bearbeitungszeiten verkürzen. 1852 versuchte man mit der Kurbelzapfendrehbank aus den USA, die Schnittbewegung mit umlaufendem Werkzeug zu erzeugen, jedoch konnte dieses Verfahren nie ausreichend Akzeptanz erringen. 1852–1860 führte der Amerikaner Stephen Fitch den Oberschlitten als Revolverkopf aus und erfand damit die Revolverdrehmaschine. Schon ein Jahr danach, 1861, erweiterte man die Drehbank um weitere Arbeitsspindeln. Den ersten Drehautomaten ließ Ch. M. Spencer 1873 patentieren. Die Leit- und Zugspindeldrehbank wurde 1880 entwickelt und konnte damals nahezu alle anfallenden Dreharbeiten erledigen. In den folgenden Jahren kamen immer neue Varianten der Drehmaschine mit verfeinerter Technik auf den Markt, wie die Kopierdrehmaschine, die von Schablonen oder Mustern über eine Abtasteinrichtung Kopien erstellte.
Anfang der 1950er Jahre entwickelte man in den USA die ersten numerisch gesteuerten (NC-)Drehmaschinen, bei denen die Werkzeugbewegungen und Drehzahlen durch Steuerbefehle realisiert werden, die mittels Lochstreifen in die Steuerung eingelesen werden. Der Lochstreifen wurde in den Steuerungen bis zum Ende der 1970er Jahre oft Satz für Satz mitlaufend verarbeitet: Ein Steuerinformations-Datensatz wird in der Maschine abgearbeitet, derweilen liest die Steuerung den nächsten Datensatz ein und bereitet ihn rechnerisch für die nächste Bewegung auf. Der Fortschritt auf dem Gebiet der Datenverarbeitung wirkte sich seitdem unmittelbar auf die weitere Entwicklung der Drehmaschine aus.
Mechanisch wurde die Drehmaschine ab 1945 vor allem in der Genauigkeit und Geschwindigkeit verbessert. Dabei vergrößerte sich auch die Gestaltungsvielfalt, da durch die CNC-Technik die mechanischen Übertragungsglieder entfielen.
Allgemeiner Aufbau mini|Dreher an einer Drehmaschine mini|Mit einer CNC-Drehmaschine gedrehte Schachfiguren. (Kreuz beim König und Zinnen der Türme können nicht durch Drehen gefertigt werden, sondern bedingen eine zusätzliche Fräsbearbeitung.) mini|Drehen eines Flaschenöffners aus Aluminium auf einer Universaldrehmaschine
Die Drehmaschine wurde im Laufe ihrer Geschichte an viele spezielle Anwendungen angepasst. So steht heute eine breite Auswahl an verschiedenen Modellen zur Verfügung, die sich aber im grundsätzlichen Aufbau ähneln. Die Arbeitsspindel (Drehachse) ist bei kleinen Durchmessern des Werkstückes meist horizontal angeordnet, bei großen Durchmessern eher vertikal. Die Hauptkomponenten sind das Gestell und das Maschinenbett, an denen die übrigen Teile angebracht sind, der Spindelstock, der die Arbeitsspindel enthält, der Hauptantrieb für die Spindel und der Werkzeugschlitten. Hinzu kommen noch einige Zusatzeinrichtungen.
Gestell Das Gestell ist entweder eine geschweißte Stahlkonstruktion oder aus Gusseisen gefertigt, selten auch als Verbundbauweise mit Polymerbeton. Das Gestell trägt das Gewicht aller Bauteile, fängt die Kräfte aus dem Bearbeitungsprozess ab und muss dementsprechend stark und verwindungssteif konstruiert sein. Zusätzlich muss es eine gute Dämpfung besitzen, um Schwingungen innerhalb der Maschine zuverlässig abbauen zu können. Gestell und das unten aufgeführte Maschinenbett bilden bei regulären Baugrößen eine Einheit; nur sehr kleine Tischdrehbänke und Uhrmacherdrehmaschinen haben eine Trennung der Einheiten „Bett“ (unmittelbar für den Bearbeitungsprozess) und Gestell (zum Hochheben der Maschine auf eine bequeme Arbeitshöhe).
Drehmaschinenbett