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Drehmaschinen - Wissenswertes

Zur Grundausstattung vieler Fertigungsbetriebe zählen mittlerweile auch Drehmaschinen. Damit wird das Produktionsspektrum auch um Bauteile erweitert, die idealerweise auf einer Drehmaschine gefertigt werden. Aber auch hier muss vor der Anschaffung die passende Drehmaschine für den eigenen Fertigungsbetrieb ermittelt werden. Dazu können Faktoren wie beispielsweise der Aufbau der Drehmaschinen eine wichtige Rolle spielen.
Genauso sollten für die Wahl auch die Wartbarkeit und die Wirtschaftlichkeit der NC- oder CNC-Maschinen betrachtet werden.

Was sind Drehmaschinen?

Bei einer Drehmaschine wird Material in Form von Spänen vom Werkstück abgetragen. Das „Drehen“ ist ein subtraktives Fertigungsverfahren, wobei man zwischen verschiedenen Drehverfahren unterscheidet. So kann man Hartdrehen, Längsdrehen, Plandrehen, Schäldrehen und noch viele weiteren Drehverfahren unterscheiden.
Bei einer Drehmaschine dreht sich das Werkstück um seine Rotationsachse und das Werkzeug ist fest. Bei einer Fräsmaschine bewegt sich hingegen das Werkzeug und das Werkstück ist befestigt.
Zu den Vorteilen einer CNC-Drehmaschinen zählen beispielsweise die leichte Bedienung oder die hohe Genauigkeit.
Die Maschinenstundensätzen beim CNC-Drehen liegen etwa zwischen 45 EUR/h und 92 EUR/h. Dies kann aber je nach Komplexität des Bauteils, Fertigungsstandort und Auftragsvolumen variieren.

Unterscheidung der Drehmaschinen

Drehmaschinen können zwischen der Leit- und Zugspindeldrehmaschine, der Karusselldrehmaschine, der Flachbettdrehmaschinen,
der Frontdrehmaschinen und der Drehschälmaschinen unterschieden werden. Bei der Leit- und Zugspindeldrehmaschine handelt es sich um die meisteingesetzte Maschine.

Drehmaschinenarten

  • Leit- und Zugspindeldrehmaschine
  • Karusselldrehmaschine
  • Flachbettdrehmaschinen
  • Frontdrehmaschinen
  • Drehschälmaschinen
  • Ultrapräzisionsdrehmaschinen
  • Universaldrehmaschinen
  • NC-Drehmaschine
  • CNC-Drehmaschinen

Auf ihr sind fast alle Drehverfahren umsetzbar. Der Spindelstock liegt hier meistens auf der linken Seite und der Reitstock auf der rechten Seite.
Der Reitstock hat dabei die Aufgabe lange Werkstücke zu stützen, Werkstücke zwischen Spitzen zu halten oder Bohrwerkzeuge aufzunehmen. Die meist enthaltene Zentrierspitze ist für die Genauigkeit und Exaktheit zuständig. Ebenfalls ist die Hauptspindel hohl und
die Vorschübe können manuell und maschinell (über die Zug- und Leitspindel) erfolgen. Die Karusselldrehmaschine ist gut für große und manchmal auch schwere Werkstücke geeignet. Das Werkstück befindet sich dabei auf einer horizontal drehenden Planscheibe und als Führung sind seitlich Türme und Querbalken angebracht. Es können bis zu drei Drehmeißel gleichzeitig existieren, welches dem Fertigungsbetrieb viel Zeit spart. Flachbettdrehmaschinen haben ein horizontales Bett und eignen sich gut für schwere Werkstücke. Diese Maschine kann hohe Bearbeitungskräfte aufnehmen und ähneln einer Leit- und Zugspindeldrehmaschine, mit nur kräftigeren Bestandteilen.
Auf der Frontdrehmaschine werden kurze Werkstücke bearbeitet.
Im Gegensatz zu der zuvor genannten Karusselldrehmaschine gibt es keine Abstützung durch den Reitstock. Das Bett liegt hier quer zur Drehachse der Hauptspindel. Die Drehschälmaschinen hat eine Sonderstellung, da sich hier das Werkzeug dreht und der Vorschub wird vom Werkstück ausgeführt. Weitere Unterscheidungsformen für Drehmaschinen sind beispielsweise die Ultrapräzisionsdrehmaschinen, die Universaldrehmaschinen und die Senkrechtdrehmaschine mit selbstladender Spindel. Die wichtigste Unterscheidung für die meisten Fertigungsbetriebe ist jedoch die, zwischen NC-Maschine und CNC-Maschine.

NC-Drehmaschine

Eine NC-Maschine ist hardwarebasiert und benötigt einen qualifizierten Bediener. Die Steuerung einer NC-Maschine muss mithilfe eines Befehlssatzes erfolgen. Dieser Befehlssatz erfolgt in Form von Zahlen, Buchstaben und Symbolen. Die NC-Maschinen kann auf der XY-Achse und gradlinig bearbeiten, wobei ein kontinuierlicher Betrieb der Maschine schwierig oder oftmals auch gar nicht möglich ist. Ebenfalls kann keine Speicherung in Maschine durchgeführt werden und Programmänderungen sind nur schwer umsetzbar. Eine Bearbeitung durch eine NC-Maschine ist zeitaufwändiger als durch eine CNC-Maschine.

  • Zahlen-, Buchstaben- und symbolbasierte Steuerung
  • Hardwarebasiert (erschwerte Programmänderungen)
  • Bedienung: qualifizierter Bediener notwendig
  • XY-Achse und gradlinig
  • Keine Speicherung in Maschine möglich
  • Kontinuierlicher Betrieb schwierig/nicht möglich
  • Zeitaufwändiger
  • Geringe Genauigkeit und Kosten

CNC-Drehmaschine

  • vorprogrammierte Steuerung der Bewegung
  • Softwarebasiert
  • Bedienung: Bediener mit Grundkenntnissen notwendig
  • XYZ-Achse
  • Speicherung im PC und Wiederholung möglich
  • ganzen Tag betriebsfähig
  • Programmänderungen leicht
  • Weniger Zeitaufwand
  • Hohe Genauigkeit
  • Kosten höher

Eine CNC-Maschine ist im Gegensatz zu einer NC-Maschine softwarebasiert und kann von einem Mitarbeiter mit Grundkenntnissen bedient werden. Hier kann die Steuerung durch die Bewegungen des Werkstücks und des Werkzeugs erfolgen. Die Steuerung wird mithilfe eines vorbereiteten Programms im Computer durchgeführt. Die Bauteilbearbeitung kann auf einer CNC-Maschine auf der XYZ-Achse ausgeführt werden. Dabei sind Programmänderung während der ganztägigen Inbetriebnahme möglich. Auf einer CNC-Maschine ist zudem eine Speicherung im PC und eine Wiederholung möglich.
Im Vergleich zu einer NC-Maschine ist die Genauigkeit aber auch die Kosten auf einer CNC-Maschine höher. Die Genauigkeit kann bis zu 0,001 mm betragen.

Aufbau einer Drehmaschine

Die Hauptkomponente einer Drehmaschine sind das Gestell und das Maschinenbett. Hier sind die anderen Teile, wie Spindelstock, Werkzeugschlitten oder Reitstock und Lünette angebracht. Das Bett und das Gestell bilden meistens eine Einheit. Dabei ist das Gestell meistens eine geschweißte Stahlkonstruktion oder bestehet aus Gusseisen.
Es trägt das Gewicht aller Bauteile und muss aus diesem Grund stark konstruiert sein. Zudem sollte eine gute Dämpfung vorhanden sein,
da Schwingungen abgebaut werden müssen. Das Drehmaschinenbett befindet sich waagerecht auf dem Gestell und trägt den Werkzeugschlitten, Reitstock und Lünette. Meistens besteht das Drehmaschinenbett aus schwingungsdämpfendem Gusseisen oder
wird aus Reaktionsharzbeton gegossen. Zudem wird das Drehmaschinenbett oft geneigt, um die spanabfuhr zu erleichtern.
Auf der linken Seite in einer Drehmaschine befindet sich meistens der Spindelstock. Dieser ist mit Riementrieb und Getriebe mit dem Motor verbunden.

Oftmals gibt es auch ein Wendegetriebe für die Drehrichtungen.

Bei Universaldrehmaschinen, welche handbedient werden, gibt es ein Vorschubgetriebe, welches Kraft von der Arbeitsspindel ableitet.

Diese Kraft wird dann über Wechselräder und Vorschubgetriebe an Leit- und Zugspindel weitergeleitet. Bei NC-Maschinen gibt es für jede Bearbeitungsachse einen eigenen Antrieb. Das hier verwendete Kugelgewindetriebe überträgt die Bewegung auf die Schlitten. Bei einem Kugelgewindetriebe handelt es sich um ein Schraubgetriebe,
wo eingebaute Kugeln entstehende Kräfte zwischen Schraube und Mutter übertragen. So können Bewegungen mit hohem Wirkungsgrad ausgeführt werden. Ein Kugelgewindetriebe wird auch als Kugelumlaufspindel bezeichnet. Für hohe Vorschübe und Schnittgeschwindigkeiten eignet sich der Werkstoff Automatenstahl am besten. Der Werkzeugschlitten liegt, wie zuvor schon erwähnt, auf dem Bett und verfährt in Längsrichtung. Auf diesem verfährt dann der Planschlitten quer zur Drehachse. Bei Leit- und Zugspindeldrehmaschine befindet sich ein Werkzeugträger auf dem Oberschlitten, wo der Werkzeughalter getragen wird. Der Reitstock ist zum Abstützen von langen Drehteilen. Dazu greift der Reitstock in eine sogenannte Zentrierbohrung. Die Lünette sorgt dafür, dass lange, dünne Drehteile an jeder Stelle abgestützt werden. So wird das Schwingen und Durchbiegen vom Werkstück verhindert.

Maschinenstundensatz

Mithilfe des Maschinenstundensatzes lassen sich die Kosten einer Maschine pro Stunde berechnen. Zu Beginn der Berechnung dieser Maschinenstundensätze, muss ein erster Überblick über die Fixkosten einer Maschine festgestellt werden. Darunter fallen die Raumkosten des Unternehmens, die Strom-, die Instandhaltungs- und die Kosten für Betriebsstoffe. Aber auch die kalkulatorische Abschreibung und die kalkulatorischen Zinsen lassen sich unter den Fixkosten unterordnen. Diese Kosten werden nun miteinander addiert, um die Fixkosten pro Maschine zu erhalten: Raumkosten + Stromkosten + Instandhaltungskosten + Kosten für Betriebsstoffe + kalkulatorische Abschreibung + kalkulatorische Zinsen = Fixkosten pro Maschine
Für den Maschinenstundensatz werden nun diese fixen Kosten pro Maschine durch die Laufstunden geteilt. Daraus ergibt sich folgende Rechnung: Maschinenstundensatz = Fixkosten pro Maschine / Laufstunden. Die zuvor genannten einzelnen Faktoren der Fixkosten pro Maschine können ebenfalls berechnet werden. So wird die Laufzeit der Maschine in Stunden berechnet, indem die planmäßigen Wartungen und Reparaturen von den Schichtzeiten subtrahiert werden.

Rechnungen

  • Raumkosten + Stromkosten + Instandhaltungskosten + Kosten für Betriebsstoffe + kalkulatorische Abschreibung + kalkulatorische Zinsen = Fixkosten pro Maschine
  • Maschinenstundensatz = Fixkosten pro Maschine / Laufstunden
  • Laufzeit der Maschine in Stunden = Schichtzeiten – Planmäßige Wartungen und Reparaturen
  • Abschreibung pro Maschinenstunde = Wiederbeschaffungskosten / (Nutzungsdauer in Jahren x Maschinenlaufzeit pro Jahr)

Dies führt zur folgenden Gleichung: Laufzeit der Maschine in Stunden = Schichtzeiten – Planmäßige Wartungen und Reparaturen. Im Normalfall betragen die wöchentlichen Schichtzeiten im Fertigungsbetrieb 40 Stunden. Im Zweischichtmodell wird die Maschine schon 80 Stunden pro Woche genutzt. Dies bedeutet, dass der Maschinenstundensatz erhöht wird, da die Maschine doppelt so lange läuft. Um die Abschreibung pro Maschinenstunde zu erhalten werden die Wiederbeschaffungskosten durch die Nutzungsdauer in Jahren geteilt. Damit dies geschieht werden wird die Nutzungsdauer der Maschinenlaufzeit pro Jahr addiert. Daraus lässt sich diese Gleichung ableiten: Abschreibung pro Maschinenstunde = Wiederbeschaffungskosten / (Nutzungsdauer in Jahren x Maschinenlaufzeit pro Jahr).

Der Zins pro Maschinenstunde und die Raumkosten werden mit den folgenden Formeln berechnet: Zins pro Maschinenstunde = (1/2 x Anschaffungskosten x Zinsfuß) / (Maschinenlaufzeit pro Jahr x 100). Raumkosten pro Maschinenstunde = (Grundfläche in qm x Raumkosten in EUR/qm) / Maschinenlaufzeit pro Jahr. Um die Energiekosten pro Maschine zu erhalten, ist eine weitere Berechnung nötig. Dazu wird zu Beginn der Energieverbrauch durch die Maschinenstunden geteilt. Zusätzlich werden die Energiekosten mit der Energieeinheit dividiert. Das Ergebnis dieser beiden Rechnungen werden anschließend multipliziert, um als Endergebnis die Energiekosten zu erhalten, die pro Maschinenstunde verbraucht werden. Hierzu noch einmal die Gleichung: Energiekosten pro Maschinenstunde = (Energieverbrauch / Maschinenstunde) x (Energiekosten / Energieeinheit).

Rechnungen

  • Zins pro Maschinenstunde = (1/2 x Anschaffungskosten x Zinsfuß) / (Maschinenlaufzeit pro Jahr x 100)
  • Raumkosten pro Maschinenstunde = (Grundfläche in qm x Raumkosten in EUR/qm) / Maschinenlaufzeit pro Jahr
  • Energiekosten pro Maschinenstunde = (Energieverbrauch / Maschinenstunde) x (Energiekosten / Energieeinheit)
  • Instandhaltungskosten pro Maschinenstunde = Gesamt-Instandhaltungskosten / (Nutzungsdauer in Jahren x Maschinenlaufzeit pro Jahr)

Zum Schluss werden die Instandhaltungskosten pro Maschinenstunde berechnet, indem die Gesamt-Instandhaltungskosten durch die Nutzungsdauer in Jahren, welche mit der Maschinenlaufzeit pro Jahr multipliziert wird, geteilt: Instandhaltungskosten pro Maschinenstunde = Gesamt-Instandhaltungskosten / (Nutzungsdauer in Jahren x Maschinenlaufzeit pro Jahr). Diese ganzen Rechnungen helfen dem Fertiger einen Überblick über die Fixkosten und die Einsatzkosten einer Maschine zu berechnen. Wie lässt sich dies nun auf die Angebotserstellung beziehen? Reichen die errechneten Daten aus, um ein marktgerechtes Angebot zu erzielen? Müssen weitere Kostenfaktoren bei der Angebotserstellung beachtet werden? Damit der Preis für ein Angebot marktgerecht ist, müssen neben den oben genannten Fixkosten auch der Faktor Personal beachtet werden. Wie viel Personal ist zur Fertigung des Bauteils notwendig und wie hoch sind diese Personalkosten? Je nach Betrieb können jedoch weitere Kosten einbezogen werden. Den ermittelten Maschinenstundensatz nutzt man für die Berechnung von Angeboten.

Fazit

Auf dem Markt wird eine Vielzahl von Drehmaschinen, mit verschiedenen Vor- und Nachteilen angeboten. Diese gilt es für die Fertigungsbetrieb aus der Lohnfertigung abzuwägen. So kann der Betrieb die für ihn beste Drehmaschine, zum Realisieren der Drehteile auswählen.
Auf Basis von fundamentalen Informationen wie dem Aufbau einer Drehmaschine oder den verschiedenen Arten, kann man einen guten Überblick erhalten. Werden die vorgeschlagenen Kriterien beachtet, kann eine neue Drehmaschine einen erfolgreichen und wirtschaftlichen Beitrag zum Unternehmen liefern!
Des Weiteren ist für die hochgenaue Fertigung, von 0,001mm, eine Drehmaschine nötig, da mit anderen Fertigungsarten diese hohe Genauigkeit nicht oder nur zu höheren Kosten erreicht werden kann

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