Konstruktive und verfahrenstechnische Entwicklungen zur Komplettbearbeitung in Drehzentren mit integrierten Laserverfahren: Laser in der Materialbearbeitung

Kurzfassung.- Abkürzungen und Zeichen der wichtigsten Bezeichnungen.- Ausgangsposition.- Grundlagen der Laserbearbeitung.- Auswahl fasergeführter Festkörperlaser als Strahlquellen für Integrationslösungen.- Konstruktive und steuerungstechnische Integrationslösung.- Beispielhafte Verfahrensentwicklungen zur laserintegrierten Komplettbearbeitung.- Unterstützung der Anwender durch Prozeßmodelle, Simulationen und Datenbanken.- Beurteilung der Realisierungsmöglichkeiten.- Zusammenfassung und Ausblick.- Literatur.

Durch die Verfügbarkeit von Festkörperlasern mit Leistungen bis zu einigen kW und den Vorteilen, welche die Strahlführung bei Wellenlängen um 1mm mittels flexiblen Glasfasern bieten, ergeben sich neue Aspekte für die Konzeption und konstruktive Gestaltung von Maschinen und Anlagen. Dies ermöglicht, bisher nicht realisierbare Fertigungsstrategien zu entwickeln und in die Produktion einzuführen. So erlaubt beispielsweise die Kombination von spanenden Verfahren mit verschiedenen Laserverfahren in einer Werkzeugmaschine die vollständige Bearbeitung in einer Aufspanung. Daraus resultieren u.a. deutliche Vorteile wie die Reduktion des Materialflusses zwischen ansonsten separaten Fertigungsanlagen und damit eine Verkürzung der Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten sowie eine Erhöhung der Fertigungsqualität durch die Komplettbearbeitung in der gleichen Aufspanung. Dieser Beitrag soll das fertigungstechnische und wirtschaftliche Potential der Integration des Lasers in Werkzeugmaschinen aufzeigen. Dazu werden unterschiedliche technische Lösungen für die Integration eines Nd: YAG-Lasers in Fräs- und Drehzentren untersucht, wobei in beiden Fällen das Werkzeug Laserstrahl wie ein Standardwerkzeug eingesetzt und automatisch gewechselt wird. Für zwei Drehzentren wurden Versuchsanlagen realisiert. Laser-Applikationen zum Abtragen, Härten, Schweißen, Bohren und Beschriften von Fertigungsteilen aus verschiedenen Werkstoffen (Stahl St37, Ck45, 42CrMo4, Keramik Si3N4) wurden in einer Aufspanung kombiniert mit spanenden Bearbeitungen (Drehen, Hartdrehen, hauptzeitparallele Bearbeitung ) beispielhaft durchgeführt, um diese Technologien den spezifischen Merkmalen des Drehzentrums und den typischen Teilespektren anzupassen. Die wesentlichen Ergebnisse werden dargelegt sowie die wirtschaftlichen Aspekte einer Integration der Laserbearbeitung in Werkzeugmaschinen erörtert. Aus dem Inhalt Integration