Fortschrittliche CNC-Horizontalbearbeitungszentren für überlegene Produktionseffizienz

CNC-Bearbeitungsanlagen ermöglichen es Unternehmen, komplexe Teile in einem benutzerfreundlichen Einzelspann-Prozess herzustellen. Dieses Design bietet erhebliche Vorteile in Bezug auf Produktivität – es senkt die Personalkosten, verbessert die Teilequalität und verkürzt die Bearbeitungszeit.

Horizontalbearbeitungszentren (HMC)

Die HMC-Variante des CNC-Drehzentrums verfügt über eine horizontale Spindel, die den Fertigungsprozess beschleunigt und Unterbrechungen vermeidet. Die Ausrichtung des HMC ermöglicht beispielsweise, dass Späne natürlich herabfallen, sodass keine Zeit für deren Entfernung vom Tisch aufgewendet werden muss. Für maximale Effizienz kann das HMC sogar auf einem Palettenwechsler positioniert werden, während Werkstücke auf einer separaten Palette geladen werden.

Fünf-Achsen-Bearbeitungszentren

Ein beliebter Maschinentyp ist das Fünf-Achsen-Bearbeitungszentrum, das am häufigsten in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt wird. Die Fünf-Achsen-Maschine bietet die Option, entweder Werkstücke zu kippen oder nur den Werkzeugkopf zu schwenken. Diese Funktion ermöglicht es der Maschine, konturierte Oberflächen präzise zu folgen und das Werkzeug in verschiedenen Orientierungen zu positionieren.

Vertikalbearbeitungszentren (VMC)

VMCs sind mit vertikal wirkenden Spindeln ausgestattet, die Werkstücke von oben spannen, und werden meist für 2,5- oder 3-Achsen-Bearbeitungen eingesetzt. Sie sind günstiger als HMC-Systeme und daher besonders für kleine Unternehmen attraktiv. Im Laufe der Jahre sind VMCs fortschrittlicher geworden und umfassen nun Hochgeschwindigkeitsspindeln und dialoggestützte Steuerungsprogrammierung.

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Warum ein Horizontalbearbeitungszentrum kaufen?

Die einfache Antwort lautet: Produktivität und Gewinn. Horizontalmaschinen können problemlos die dreifache Arbeit eines vergleichbaren VMC leisten. Diese Aussage setzt voraus, dass ausreichend Arbeitslast vorhanden ist, um die Maschine ausgelastet zu halten. Zweifellos lässt sich mit einem HMC in deutlich kürzerer Zeit mehr produzieren. Mit steigender Produktion verbessert sich die Werkstatteffizienz erheblich. Da mehrere Operationen auf dem HMC in einer einzigen Spannung durchgeführt werden können, muss weniger Arbeit im Prozess durch die Werkstatt bewegt werden, was die Produktivität steigert.

Ein HMC-System kann in vielen Anwendungen problemlos drei bis vier VMCs ersetzen. Das bedeutet, dass ein HMC-Bediener die Arbeit von drei VMC-Bedienern verrichten kann, was die Personalkosten senkt. Zwar kann die monatliche Finanzierungsrate für ein HMC 4.800 $ höher sein als für ein VMC, doch die monatlichen Personalkosten für ein einzelnes HMC können 7.200 $ niedriger sein als für die gleiche Produktionsmenge auf VMCs. Zudem verfügen HMCs in der Regel über mehr Automatisierung, sodass der Bediener weniger Aufmerksamkeit darauf verwenden muss und stattdessen eine andere Zelle bedienen, andere Maschinen steuern oder Qualitätsprüfungen durchführen kann.

Spindelauslastung

Geldverdienen mit einer CNC-Maschine erfordert, dass die Spindel läuft und mit minimalem Bediener-Eingriff Späne produziert. Eine Universitätsstudie ergab: „Die durchschnittliche VMC-Auslastung, gemessen an der Spindellaufzeit, beträgt 25 %. Die HMC-Auslastung liegt routinemäßig bei 85 %.“ Eine in VMCs versierte Werkstatt erreicht möglicherweise 30 bis 35 % Auslastung, was aber noch weit unter der HMC-Rate liegt.

Während einer typischen Acht-Stunden-Schicht schneidet das HMC etwa sieben Stunden, während das VMC nur etwa zwei Stunden pro Schicht schneidet. Fünf Tage pro Woche erhält das HMC 35 zusätzliche Schneidstunden pro Woche, bei Sechs-Tage-Betrieb sogar noch mehr – die zusätzliche Zeit kann 1.200 Stunden pro Jahr übersteigen. Die Mehrkosten des Horizontalbearbeitungszentrums werden nahezu vernachlässigbar, sofern Sie ausreichend Arbeit haben, um die Maschine voll auszulasten.

Werkstückwenden

Immer wenn ein Bediener eine VMC-Tür öffnen muss, um ein Teil zu be- oder entladen, Späne zu entfernen, eine prozessbegleitende Qualitätskontrolle durchzuführen oder das Werkstück zu wenden, muss die Spindel anhalten. Erfordert ein Teil die Bearbeitung von sechs Seiten, muss der Bediener das Teil insgesamt sieben Mal bewegen (laden, fünfmal wenden, entladen). Wird dasselbe Teil auf dem HMC bearbeitet, fasst der Bediener es nur dreimal an (laden, repositionieren, entladen). Produktivität und Effizienz steigen. Zudem ermöglicht der automatische Palettenwechsler dem Bediener, diese Operationen durchzuführen, während die Spindel weiterhin Teile auf der Palette im Arbeitsbereich bearbeitet. Dies kann auch die Qualität verbessern, da der HMC weniger Bediener-Eingriffe erfordert, was die Wahrscheinlichkeit von Ladefehlern oder anderen Fehlern verringert.

Maschinenbau-Überlegungen

Seit langem wird diskutiert, ob Kastengewinde oder Lineargührungen besser sind. Bei VMCs kann argumentiert werden, dass der Unterschied für diese Wahl nicht groß genug ist. Bei HMCs ist die Situation anders. Lineargührungen haben sich bei HMCs als besser für höhere Achsfahrgeschwindigkeiten bei Materialien wie Aluminium erwiesen, da Beschleunigungs- und Verzögerungsraten höher sein können. Dadurch lassen sich Zykluszeiten erheblich reduzieren. Einige HMCs mit Lineargührungen erreichen 1G-Beschleunigung, ohne Maschinensteifigkeit zu opfern oder übermäßige Wärme zu erzeugen.

Für manche HMC-Anwendungen können Kastengewinde jedoch besser geeignet sein. Zwar haben HMCs mit Kastengewinden langsamere maximale programmierbare Vorschübe, doch die Leistung ist bei Operationen mit hohen Schnittkräften besser. Kastengewinde werden für schwere Schnitte in harten Materialien wie Titan, Superlegierungen und Werkzeugstahl empfohlen. HMCs mit Kastengewinden liefern eine perfekte Oberflächenqualität, selbst bei schweren Schnitten in harten Materialien. Das Spindelkopdesign beim HMC ist generell sehr steif. Dieses Design widersteht Verformungen durch Schnittkräfte, ermöglicht höhere Spanlasten und verlängert die Standzeit der Werkzeuge. Einige HMCs mit größeren Arbeitsräumen verfügen über doppelte Kugelgewindetriebe an der Y-Achse, was proportional mehr Gewicht auf die Y- und X-Achsen verteilt.

HMC-Systeme werden mit Fokus auf Steifigkeit gebaut und sind daher meist deutlich schwerer als gleich große VMCs. (Ein durchschnittliches 40×20-Zoll-VMC wiegt 16.000 lbs, während ein gleich großes HMC über 40.000 lbs wiegen kann.) Aufgrund des höheren Gewichts ist das Fundament für diese Maschinentypen kritischer als für VMCs. Das Fundament muss den Spezifikationen des HMC-Herstellers entsprechen, und die Maschine muss korrekt positioniert und gesichert werden. Dies verhindert, dass die Maschine bei schweren Schnitten „hüpft“.

Weitere Informationen zu Horizontalbearbeitungszentren

1. Das horizontale Bearbeitungsgerät, das Sie benötigen könnten
2. Horizontalbearbeitungszentrum und Vertikalbearbeitung
3. Warum das Horizontalbearbeitungszentrum in bestimmten Fällen gewinnt