Vertikale Bearbeitungszentren meistern: Grundlagen und Einblicke

Einführung in die vertikale Bearbeitung

Die vertikale Bearbeitung existiert in ihrer grundlegendsten Form seit mehr als 150 Jahren. Dennoch ist sie immer noch eine der neuesten Formen der Bearbeitungstechnologie (Drehen/Drehbänke sind die älteste). Der Prozess des „Fräsens“ umfasst einen rotierenden Fräser oder Bohrer und einen beweglichen Arbeitstisch, auf dem das Werkstück befestigt ist.

Der Fräser ist an einem Gehäuse befestigt und rotiert darin, der „Spindel“ genannt wird. Durch die Schärfe des Werkzeugs und die Kraft des Tisches, der das Material in den Fräser drückt, gibt das Material nach und wird nach Wunsch geschnitten oder abgehobelt. Die Kraftachse kann auf/ab (als Z-Achse bezeichnet), links/rechts (X-Achse) oder vorne/hinten (Y-Achse) sein.

Die ursprüngliche Fräsmaschine

Diagramm einer Fräsmaschine (Quelle)

VMCs können mit vielfachen Einstellungen ausgestattet werden. Zum Beispiel gibt es viele Anstellwinkel sowie Dreh- und andere Positioniervorrichtungen auf dem Arbeitstisch. Spätere Versionen des VMC-Designs fügten Kraft- und Hydraulikvorschubeinrichtungen hinzu, um das System zu automatisieren, und schließlich wurden computergesteuerte Steuerungen hinzugefügt, um mehr Automatisierung im Betrieb, Wiederholgenauigkeit, Werkzeugauswahl/-wechsel und Kontursteuerung zu ermöglichen. Diese neuen CNCs brachten die „Fräsmaschine“ auf ein neues Produktivitätsniveau, und so wurde der Begriff VMC (Vertical Machining Center) geboren.

Vertikales Bearbeitungszentrum: Unter der Haube

Das CNC-VMC: Grundlagen des Prozesses

VMCs werden hauptsächlich (wenn auch nicht ausschließlich) als Metallschneidmaschinen eingesetzt, die Stahl, Aluminium oder andere harte Materialien entfernen – und so einen rohen Materialblock in eine präzise geformte oder „bearbeitete“ Oberfläche verwandeln.

VMCs können nicht nur zum Schneiden, sondern auch zum Bohren, Gravieren, Gewindeschneiden, Senken, Fasen und vielen anderen Anwendungen genutzt werden. Aufgrund ihrer Vielseitigkeit und der relativ geringen Kosten sind sie extrem beliebte Maschinen, die in Werkstätten weltweit zu finden sind. Tatsächlich ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sich nur wenige Meilen von Ihrem aktuellen Standort eine Maschine in Betrieb befindet.

Alle VMCs nutzen gemeinsame Komponenten, die wie folgt sind:

1. Rotierende Spindel — Die Spindel, die senkrecht zur Arbeitsfläche oder zum Tisch steht, kann eine Vielzahl von Schneidwerkzeugen (oder Fräsern, wie sie manchmal genannt werden) aufnehmen. Die Spindelpatrone ist in einem Gehäuse montiert, das sich auf und ab bewegt – diese Bewegungsrichtung wird Z-Achse genannt.
2. Tisch — Der Tisch ist eine Plattform, auf der Werkstücke montiert werden – entweder direkt oder durch verschiedene Vorrichtungen wie gefräste Aluminiumplatten oder harte Spannzangen. Der Tisch hat eine Bewegung nach links und rechts, die wir X-Achse nennen, und vorne nach hinten, die Y-Achse heißt. Diese beiden Bewegungsachsen, gekoppelt mit der Z-Achse, ermöglichen praktisch unbegrenzte Konturierung über die Bewegungsebenen.

Weitere gängige Komponenten

3. Werkzeugwechsler — Ein Werkzeugwechsler erhöht die Produktivität eines VMC erheblich, indem er die automatische, computersteuerbare Auswahl von Werkzeugen für eine Vielzahl von Aufgaben vom Grobschneiden bis zum Feinbohren ermöglicht.
4. Kühlmittelsystem — Um Teile und Fräser kühl und geschmiert zu halten, setzen die meisten VMCs ein Umlaufkühlmittelsystem ein; meist eine Mischung aus wasserlöslichem Öl und Wasser, kann aber auch diverse andere Flüssigkeiten sein.
5. Späne-/Schneckenförderer— Um Späne aus der Arbeitszone zu entfernen, können verschiedene Späneförderer und Schneckenförderer eingesetzt werden, um die Produktivität zu steigern und Ausfallzeiten durch manuelles Ausschaufeln von Abfallspänen zu reduzieren.
6. Vollabdeckungen/Einhausungen— Diese können hinzugefügt werden, um Spritzer durch Fräsoperationen zu reduzieren und Bediener und Umwelt vor dem Bearbeitungsprozess zu schützen.
7. Drehtische — Das Hinzufügen zusätzlicher Achsen kann die Produktivität erheblich steigern, indem eine einfache 3-Achsen-Maschine in ein 4- oder sogar 5-Achsen-System verwandelt wird, das komplexe Komponenten mit unterschiedlichen Oberflächen bearbeiten kann (wie Turbinenschaufeln).
8. Schnellladelader — Eine weitere großartige Ergänzung zur deutlichen Produktivitätssteigerung ist der Einsatz von Wechseltischen oder anderen automatischen Teileladesystemen. Diese können Stillstandzeiten verringern und die Spindel-„EIN“-Zeit der meisten VMC-Systeme erheblich erhöhen.

Häufige Anwendungen von VMCs umfassen: Bearbeitung von Teilen für Fertigungsbaugruppen, Gussteile, Automobil, Formen-/Werkzeugbau und viele andere Metallschneidaufgaben.

Häufige Branchen, die diese Prozesse nutzen:

• Automobilindustrie,
• Schiffbau,
• Maschinenbau,
• Maschinenhersteller, und
• Fertigungsindustrie.

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