Hochgeschwindigkeits-Horizontalbearbeitungszentren: Überblick & Industrielle Auswirkungen

Zuallererst entwickelten sich Horizontalbearbeitungszentren Mitte des 20. Jahrhunderts aus dem Design konventioneller Fräsmaschinen; seitdem haben Forschung und Entwicklung dieses speziellen Werkzeugmaschinentyps im Labor wie in der Industrie stetigen Fortschritt erlebt. Danach wurden diversifizierte Bearbeitungszentrenmodelle breit in allen Branchen für professionelle und präzise Einsätze angewendet, was zu einer breiten Palette industrieller Errungenschaften beitrug.

Bearbeitungszentren

Der Begriff „Horizontalbearbeitungszentrum“ kann eine breite Vielfalt von CNC-Fräs- und Bohrmaschinen beschreiben, die mehrere kritische Zubehörteile umfassen, die zusammen mit dem Maschinenrahmen entworfen und montiert sind: Werkzeugmagazin, ATC (automatischer Werkzeugwechsler), KMG (Koordinatenmessgerät), angetriebener Werkzeugrevolver, Mehrfachachsen-Arbeitstische, fortschrittliche eingebaute Spindel – um nur einige zu nennen. Spindeltypen sind oft motorisiert und müssen kompakt sein. Zusammen mit der Kompilierung der Horizontalbearbeitungsanordnung entstehen so Horizontalbearbeitungszentren mit motorisierten Spindeln. Bemerkenswert: Die Rolle der Spindeln ist recht wichtig, da sie vieles bestimmen, was damit zusammenhängt: Schwerlastarbeiten, besonders bei Horizontalbearbeitungsprozessen in Hochdrehmoment- und Schwerlastbearbeitung harter Materialien. Hochgeschwindigkeitsbearbeitung verlässt sich stark auf Spindeldrehzahl und Drehmomentkontrolle der Spindeln – dieses Spindelthema muss sorgfältig behandelt werden.

Bearbeitungsinventar: Horizontal und Vertikal

Sowohl Hochgeschwindigkeit als auch Horizontalbearbeitung sind zwei separate Merkmale, die ein ganzes Inventar für Schwerlastbearbeitung in der Bearbeitungszentrumsklassifikation bilden. Die Schneidphase arbeitet mit Spindel und Spannphase – es gibt im Grunde zwei Richtungen: Vertikal und Horizontal. Vertikale Bearbeitungszentren ordnen Spindeln und Spannzangen vertikal an, Werkstücke werden durch Schneidwerkzeuge bearbeitet, die vertikal auf und ab gehen. Im Gegensatz dazu haben Horizontalbearbeitungszentren die Spindel horizontal angeordnet, der Bearbeitungsprozess verläuft horizontal – anders als der vertikale Bearbeitungsprozess.

Bearbeitungszentrum war ein Typ fortschrittlicher Werkzeugmaschinen, der sich in den 1960ern aus Fräsmaschinen entwickelte. Seitdem verlief die Entwicklung gut in der Industrie, und in den 1990ern wurden Bearbeitungszentren breit in allen Branchen angewendet, der Markt wurde sehr reif – der Trend hält bis heute. Ähnlich wie Drehen ist Fräsen eine der meistgenutzten Bearbeitungsmethoden für präzise Toleranzen. Neben Vertikal- und Horizontalmodell gibt es weitere Kategorien im Bearbeitungszentruminventar.

Hohe Drehzahl & Schwerlastschneiden

Die Definition, wie hoch die Drehzahl für ein Hochdrehzahl-Bearbeitungszentrum sein muss, unterscheidet sich regional. Für die meisten asiatischen Märkte gilt eine Spindel über 15.000 U/min als Hochdrehzahl-Bearbeitungszentrum. Für den japanischen Markt kann die Drehzahl nochmals 10.000–20.000 U/min höher sein. In Westeuropa gelten ca. 30.000 U/min als Hochdrehzahl-Bearbeitungszentrum. Für diese Hochgeschwindigkeits-Horizontalbearbeitungszentren werden oft angetriebene Revolver für Schwerlastaspekte installiert. Mit angetriebenem Revolver wird die Zykluszeit signifikant verkürzt. Mit angetriebenen Werkzeugen sind Werkzeughalter und Hauptspindelverbindung sehr komplex – Drehzahl muss gut mit Drehmomentkraft koordiniert werden, die auch wichtig für die Bearbeitung ist.

Achsenbearbeitungsanordnung

Für sowohl Vertikal- als auch Horizontalmodelle kann entweder mit 5 Achsen ausgestattet sein. Bei 5-Achs-Bearbeitungszentren gibt es hauptsächlich drei Konstruktionsmethoden für die fünf Achsenbewegungen. Mit alleinigem Schwenkkopf, der alle Bearbeitungswinkel erreicht, gilt das Schwenkkopfmodell als praktisch – ebenso wie 4+1 und 3+2 Bearbeitungszentren, wobei letztere praktischere Vorteile wie große Flexibilität und praktische Preise haben.

Normalerweise ist das 3+2-Modell ein konventionelles CNC-Dreiachsen-Bearbeitungszentrum, das mit einem weiteren Arbeitstisch ausgestattet wird, dessen Mechanismus zwei weitere Achsen enthält. Durch die zwei Achsen am Drehtisch können X-, Y- und Z-Achse auf zwei neue Arbeitsdimensionen bewegt werden, die multiple Winkel für mögliche Schneidprozesse erlauben. Andererseits sind traditionelle Bearbeitungszentren mit mindestens drei Achsen (X, Y, Z) ausgelegt. Heute, da industrielle Prozesse durch Forderung nach weniger Bearbeitungsschritten komplexer werden, gibt es Bearbeitungszentren mit 4. und sogar 5. Achse, um alle Schneidaufgaben an einem Stopp zu erledigen. Bei 5-Achs-Bearbeitungszentren gibt es hauptsächlich drei Konstruktionsmethoden für eine 5-Achs-Maschine.

Mit alleinigem Schwenkkopf, der die meisten Bearbeitungswinkel erreicht; diese Art gilt als praktisch wie auch 4+1 und 3+2 Bearbeitungszentren, wobei letztere praktischere Vorteile haben. Es gibt viele Bearbeitungszentrenhersteller in Taiwan, die sich Forschung und Entwicklung in der Industrie widmen und optimale Lösungen für Nutzer weltweit anbieten.

Weitere Konstruktionsstrukturen

Gleiches gilt für 4+1-Struktur – all diese Mechanismen stehen unter Steuerung einer CNC-Einheit, die synchronisierte Aktionen perfekt auf die Zielführung abstimmt. Der Genauigkeitswert des 5-Achs-Bearbeitungsprozesses soll durch KMG-Geräte geschätzt werden und kann auch in eine der Achsenarbeiten integriert werden. So ist der Achsbearbeitungsprozess sehr breit im Arbeitsspektrum.

Bei Vor-Ort-Betrieb: Wenn Werkstückgröße zu groß ist, verursacht Bearbeitung zu viel Vibration am Maschinenkörper und verschlechtert den Präzisionsrahmen der Bearbeitungszentren. Daher fügen Hersteller möglicherweise andere strukturelle Designs am Körper hinzu, um bessere Steifigkeit zu erreichen. Unter vielen möglichen Designoptionen ist die Doppelsäule eine der sehr praktischen Lösungen, um Bearbeitungsvibrationsprobleme zu lösen und gleichzeitig Genauigkeit zu verbessern.

Doppelsäulen-Bearbeitungszentren werden normalerweise in zwei Typen kategorisiert: feststehende Säule oder bewegliche Säule. Die feststehende Version: Beide Säulen bleiben ohne Bewegungsmöglichkeit. Die bewegliche Version erlaubt eine weitere Achse, was die Bearbeitungsbequemlichkeit stark verbessert. Mit Säulenstruktur kann die Gesamtschneidkapazität auf höheres Niveau gehoben und das Drehmomentproblem sogar auf neuen Stand gebracht werden. Werden Säulen in der Struktur verdoppelt, können bei Schwerlastschneiden Vibrationen auf Minimalwerte reduziert werden, da zwei Säulen Vibrationen gut absorbieren. Die Schneidkapazität und Absorptionskompetenz der Doppelsäulen-Horizontalbearbeitungszentren helfen dem Maschinenkörper, eine Reihe von Arbeitsbedingungen für High-Tech-Anforderungen wie 5-Achs-Bearbeitung von Luftfahrtkomponenten zu bewältigen.