Ein CNC-Bearbeitungszentrum ermöglicht das Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und die Bearbeitung komplexer Werkstücke in einer einzigen Aufspannung. Die Wahl der richtigen Maschine hat direkten Einfluss auf die Genauigkeit, die Produktivität, die Stückkosten sowie die Organisation der gesamten Produktion. Am häufigsten werden drei Lösungen miteinander verglichen: vertikale CNC-Bearbeitungszentren, horizontale CNC-Bearbeitungszentren und Portal-CNC-Bearbeitungszentren.
Ein CNC-Bearbeitungszentrum ermöglicht das Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und die Bearbeitung komplexer Werkstücke in einer einzigen Aufspannung. Die Wahl der richtigen Maschine hat direkten Einfluss auf die Genauigkeit, die Produktivität, die Stückkosten sowie die Organisation der gesamten Produktion. Am häufigsten werden drei Lösungen verglichen: vertikales CNC-Bearbeitungszentrum, horizontales CNC-Bearbeitungszentrum und Portal-CNC-Bearbeitungszentrum.
Jeder Maschinentyp hat einen anderen Anwendungsbereich. Das vertikale Modell ist am vielseitigsten und in Werkstätten sowie Produktionsbetrieben am beliebtesten. Das horizontale Bearbeitungszentrum eignet sich für die Serienbearbeitung von Werkstücken von mehreren Seiten. Die Portalmaschine ist für große, schwere und lange Werkstücke vorgesehen, die sich auf einer klassischen vertikalen Maschine nicht bequem bearbeiten lassen.
Vertikales CNC-Bearbeitungszentrum – die vielseitigste Wahl
Bei einem vertikalen CNC-Bearbeitungszentrum ist die Spindel senkrecht zum Arbeitstisch ausgerichtet. Das Werkzeug arbeitet von oben, während das Werkstück auf dem Tisch befestigt ist. Diese Konstruktion ist einfach zu bedienen, den Bedienern gut bekannt und relativ leicht in die Produktion zu integrieren.
Es ist die häufigste Wahl für Unternehmen, die verschiedene Werkstücke fertigen: Platten, Gehäuse, Formen, Maschinenteile, Halterungen sowie Aluminium- und Stahlteile. Ein vertikales Bearbeitungszentrum eignet sich gut zum Fräsen von Flächen, Taschen, Nuten, Bohrungen und Gewinden.
Ein Vorteil ist die gute Sicht auf den Bearbeitungsbereich. Der Bediener kann die Spannung, das Werkzeug und den Programmablauf leicht kontrollieren. Die Maschine benötigt zudem in der Regel weniger Platz als ein horizontales oder Portal-Bearbeitungszentrum mit ähnlichem Arbeitsbereich, weshalb sie sich gut für Betriebe mit begrenzter Hallenfläche eignet.
Wann sollte man sich für ein vertikales CNC-Bearbeitungszentrum entscheiden?
- die Produktion vielfältig ist,
- die Werkstücke kleine oder mittlere Abmessungen haben,
- das Unternehmen kurze und mittlere Serien fertigt,
- die Vielseitigkeit der Maschine wichtig ist,
- benötigt der Betrieb ein gutes Preis-Leistungs-Verhältnis.
Eine Einschränkung kann die Spanabfuhr darstellen. Bei tiefen Taschen und intensiver Bearbeitung können sich Späne auf dem Werkstück ansammeln. Dies erfordert eine angemessene Kühlung, einen Späneförderer, eine Späneblasvorrichtung oder Arbeitspausen. Bei einer sehr großen Anzahl ähnlicher Werkstücke kann ein vertikales Bearbeitungszentrum weniger effizient sein als ein horizontales Bearbeitungszentrum mit Palettierung.
Horizontales CNC-Bearbeitungszentrum – für die effiziente Serienfertigung
Bei einem horizontalen CNC-Bearbeitungszentrum ist die Spindel horizontal angeordnet. Das Werkstück wird meist auf einem Drehtisch, einer Palette oder einer speziellen Vorrichtung befestigt. Diese Konstruktion ermöglicht die Bearbeitung mehrerer Seiten des Werkstücks, ohne dass dieses häufig umgelegt werden muss.
Der größte Vorteil ist die Produktivität. Die horizontale Maschine eignet sich gut für die Serienfertigung, bei der kurze Zykluszeiten, Wiederholgenauigkeit und eine geringe Anzahl von Aufspannvorgängen entscheidend sind. Dank des Drehtisches können viele Bearbeitungsschritte in einer Aufspannung durchgeführt werden, was das Risiko von Positionierungsfehlern verringert.
Ein horizontales Bearbeitungszentrum bewältigt zudem die Spanabfuhr besser. Die Späne fallen von selbst aus dem Bearbeitungsbereich heraus, was dazu beiträgt, stabile Bearbeitungsbedingungen aufrechtzuerhalten. Dies ist besonders wichtig beim Fräsen tiefer Taschen, bei der Bearbeitung von Gusseisen, Aluminium sowie bei Korpusbauteilen.
Wann sollte man sich für ein horizontales CNC-Bearbeitungszentrum entscheiden?
- es sich um Serienfertigung handelt,
- das Werkstück von mehreren Seiten bearbeitet werden muss,
- die Verkürzung der Zykluszeit im Vordergrund steht,
- die Maßgenauigkeit wichtig ist,
- das Unternehmen nutzt Vorrichtungen, Drehtische oder Palettierungssysteme.
Ein Nachteil sind die höheren Anschaffungs- und Einrichtungskosten. Eine Horizontalmaschine erfordert eine gut vorbereitete Fertigungstechnologie, geeignete Spannvorrichtungen, Werkzeuge und mehr Erfahrung bei der Programmierung. Sie bewährt sich am besten dort, wo die Wiederholbarkeit der Produktion es ermöglicht, ihr Potenzial voll auszuschöpfen.
CNC-Portalzentrum – für große und schwere Werkstücke
Ein CNC-Portalbearbeitungszentrum basiert auf einer Konstruktion mit einem Portal, das über den Arbeitstisch gleitet. Diese Anordnung ermöglicht die Bearbeitung großer, langer und schwerer Werkstücke, die sich auf einem klassischen Vertikalbearbeitungszentrum nicht bequem befestigen lassen.
Portalmaschinen werden bei der Bearbeitung von Platten, Formen, Stahlkonstruktionen, Maschinenelementen, Teilen für die Schwerindustrie und großen Aluminiumkomponenten eingesetzt. Sie bewähren sich dort, wo der Arbeitsbereich, die Steifigkeit, die Tragfähigkeit des Arbeitstisches sowie die Möglichkeit, Werkstücke mit hohem Gewicht zu bearbeiten, entscheidend sind.
Wann sollte man sich für ein Portalbearbeitungszentrum entscheiden?
- große Werkstücke bearbeitet werden,
- das Werkstück schwer und schwer zu bewegen ist,
- ein langer Arbeitsbereich erforderlich ist,
- die Fertigung umfasst Formen, Platten oder Konstruktionen,
- ein herkömmliches CNC-Bearbeitungszentrum über einen zu kleinen Arbeitstisch oder einen zu geringen Achsverfahrweg verfügt.
Eine solche Maschine erfordert ausreichend Platz in der Halle, ein geeignetes Fundament und eine durchdachte Belade-Logistik. Der Transport des Werkstücks, der Zugang für den Kran, der Platz für den Bediener sowie der Sicherheitsbereich müssen berücksichtigt werden. Bei großen Bauteilen ist die Maschine selbst nur ein Teil des Prozesses – ebenso wichtig sind die Befestigung, die Ausrichtung und die Art der Maßkontrolle.
Wie wählt man ein CNC-Bearbeitungszentrum für die Produktion aus?
Zunächst sollten die typischen Werkstücke definiert werden. Wichtig sind deren Abmessungen, Gewicht, Werkstoff, Anzahl der Bearbeitungsschritte und die erforderliche Genauigkeit. Es lohnt sich nicht, die Maschine ausschließlich auf das größte Werkstück abzustimmen, wenn dieses nur sporadisch vorkommt. Eine bessere Lösung ist es, das Bearbeitungszentrum an den Großteil der täglichen Produktion anzupassen, mit einer angemessenen Reserve für zukünftige Aufträge.
Der zweite Schritt ist die Analyse der Anzahl der Aufspannungen. Wenn ein Werkstück von mehreren Seiten bearbeitet werden muss, kann ein horizontales Bearbeitungszentrum die Bearbeitungszeit verkürzen und die Genauigkeit verbessern. Wenn die meisten Bearbeitungsschritte von oben erfolgen, ist ein vertikales Bearbeitungszentrum einfacher, kostengünstiger in der Implementierung und vielseitiger einsetzbar.
Bei großen Platten, Formen und Konstruktionen sollte ein Portalzentrum in Betracht gezogen werden. In diesem Fall sind der Arbeitsbereich, die Steifigkeit der Maschine, die Tragfähigkeit des Tisches, die Verfahrwege der Achsen sowie die Art der Werkstückzuführung entscheidend.
Ebenfalls von Bedeutung sind das Werkzeugmagazin, die Spindelleistung, der Drehzahlbereich, die Kühlung, das Steuerungssystem, der Spänetransporter und die Automatisierungsmöglichkeiten. In der Serienfertigung sollten eine Messsonde, Palettierung, automatische Werkzeugvermessung sowie eine stabile Werkzeughaltung berücksichtigt werden.
Die häufigsten Fehler bei der Auswahl eines CNC-Bearbeitungszentrums
Ein häufiger Fehler ist die Auswahl einer Maschine ausschließlich anhand des Arbeitsbereichs. Ein großer Arbeitstisch kann die Steifigkeit der Konstruktion, eine geeignete Spindel, ein passendes Werkzeugmagazin und einen gut vorbereiteten Fertigungsprozess nicht ersetzen.
Ein weiterer Fehler ist das Vernachlässigen der Umrüstzeit. In der Kleinserienfertigung können eine schnelle Einspannung und eine einfache Programmeinstellung wichtiger sein als die maximale Zerspanungsleistung. In der Serienfertigung gilt das Gegenteil – hier zählen ein stabiler Zyklus, Wiederholgenauigkeit und die Möglichkeit, mit Vorrichtungen zu arbeiten.
Auch die Spanabfuhr, die Kühlung und der Wartungszugang dürfen nicht außer Acht gelassen werden. Das CNC-Bearbeitungszentrum arbeitet als Teil eines größeren Produktionssystems, daher muss auch Platz für Werkzeuge, Vorrichtungen, Rohmaterial, die Entnahme der Werkstücke und die Qualitätskontrolle berücksichtigt werden.
Zusammenfassung
Ein vertikales CNC-Bearbeitungszentrum ist die beste Wahl für Unternehmen, die eine vielseitige Maschine für eine abwechslungsreiche Produktion suchen. Ein horizontales CNC-Bearbeitungszentrum eignet sich für die Serienbearbeitung von Werkstücken von mehreren Seiten und dort, wo es auf maximale Produktivität ankommt. Ein CNC-Portalzentrum ist für große, schwere und lange Werkstücke vorgesehen.
Die Auswahl der Maschine sollte sich nach den tatsächlichen Anforderungen des Betriebs richten: Abmessungen der Werkstücke, Anzahl der Bearbeitungsschritte, Material, erforderliche Genauigkeit und geplantes Produktionsvolumen. Ein gut ausgewähltes CNC-Bearbeitungszentrum verkürzt die Bearbeitungszeit, reduziert Aufspannfehler und erhöht die Wiederholgenauigkeit der Fertigteile.
