Grundlagen des vertikalen Bearbeitungszentrums VMC: Eine detaillierte Anleitung

Was ist ein vertikales Bearbeitungszentrum (VMC) ?

Vertikale Bearbeitungstechnologie zählt zu den produktivsten Werkzeugen in CNC-Werkstätten. Sie verfügt über verschiedene Werkzeugwechsler und weitere Optionen zur Steigerung und Anpassung der Produktivität. Vertikale CNC-Bearbeitungszentren ermöglichen die Bearbeitung von Bohrungen und anderen Merkmalen an Bauteilen mit ebener Oberfläche. Sie arbeiten vertikal mit einer Spindel, die in einem steilen Winkel arbeitet. Die computergesteuerte Steuerung der Vertikalfräsmaschinen erlaubt Automatisierung, Werkzeugauswahl und -rotation, Wiederholgenauigkeit und Kontursteuerung. Diese modernen CNC-Maschinen haben die Produktivität von Fräsmaschinen auf ein Höchstmaß gesteigert und die Entwicklung vertikaler CNC-Fräszentren vorangetrieben. Diese vertikalen Bearbeitungszentren unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Achsen, Funktionen und weiterer verfügbarer Optionen.

Vertikale Bearbeitungszentren gelten als wahre Arbeitstiere der Industrie, da sie Teile mit außergewöhnlicher Genauigkeit und in kürzester Zeit fertigen. Ihre robusten Komponenten gewährleisten ein hohes Drehmoment, eine hohe Leistung und eine hohe Bearbeitungsgeschwindigkeit. Der hohe Automatisierungsgrad vertikaler Fräszentren ermöglicht zudem die Bearbeitung verschiedenster Materialien und trägt zur Senkung der gesamten Fertigungskosten bei.

Funktionsprinzip des vertikalen Bearbeitungszentrums (VMC)

Vertikale Bearbeitungszentren arbeiten mit dem Konstruktionsmodell der Bauteile. Die zahlreichen Werkzeugmaschinen und die für die Teile benötigten Parameter werden in Informationscodes umgewandelt, die von der numerischen Steuerung der Maschine (CNC) in der Regel akzeptiert und gelesen werden können. Das Bearbeitungsprogramm unterstützt die automatische Ausführung des CNC-Programms des Bauteils. Diese Befehlscodes werden üblicherweise auf Datenträgern wie Disketten oder Lochstreifen gespeichert, die dann an das Eingabegerät gesendet werden. Dort können die Informationen gelesen und an die CNC übertragen werden. Alternativ können Sie den Computer und das vertikale Bearbeitungszentrum von JSWAY (VMC) verwenden, um die Informationen direkt für die Ein- und Ausgabe des Bauteilprogramms zu übertragen.

Das CNC-Vertikalbearbeitungszentrum verfügt in der Regel über drei lineare Bewegungskoordinaten. Zusätzlich ist ein horizontaler Drehtisch am Arbeitstisch angebracht. Dies ermöglicht die einfache Bearbeitung kreisförmiger Werkstücke.

Komponenten eines vertikalen Bearbeitungszentrums (VMC)

Das vertikale Bearbeitungszentrum besteht aus vielen wichtigen Komponenten. Diese Komponenten werden zusammen verwendet, um Teile gemäß den ISO-Fertigungsnormen herzustellen. Zu den Komponenten gehören:

Rotierende Spindel

Die Frässpindel steht üblicherweise senkrecht zum Arbeitstisch. Sie ist eine rotierende Welle mit einer Halterung für Werkzeug oder Werkstück. Im Allgemeinen dient die Spindelwelle der Positionierung, Abstützung und dem Drehantrieb des Werkstücks.

Arbeitstisch

Der Tisch ist plan und dient zur direkten oder indirekten Befestigung des Werkstücks mithilfe verschiedener Vorrichtungen wie z. B. starrer Spannvorrichtungen oder gefräster Aluminiumteile. Er verfügt über eine X-Achse für die horizontale Bewegung und eine Y-Achse für die horizontale Bewegung. Diese Achsen sowie die Z-Achse ermöglichen die Bearbeitung von Werkstücken in allen Bewegungsebenen.

Werkzeugwechsler

Der Werkzeugwechsler steigert die Produktivität des vertikalen Bearbeitungszentrums, indem er die automatische Auswahl von Werkzeugen für verschiedene Aufgaben ermöglicht, vom Schruppen bis zum Feinbohren.

Drehtische

Durch das Hinzufügen weiterer Achsen zu den Vertikalfräsmaschinen kann die Produktivität erheblich gesteigert werden, indem eine einfache 3-Achs-Fräsmaschine in eine 4- oder 5-Achs-Maschine umgewandelt wird, die in der Lage ist, komplexe Bauteile mit unterschiedlichen Oberflächen wie Turbinenschaufeln herzustellen.

Kühlsystem

Die meisten CNC-Vertikalfräszentren verwenden nachberechnende Kühlsysteme, um eine optimale Schmierung der Werkstücke und Werkzeuge zu gewährleisten. Diese Kühlsysteme nutzen häufig Wasser und lösliches Öl sowie weitere Flüssigkeiten.

Gehäuse/Vollabdeckungen

Diese Abdeckungen tragen dazu bei, die beim Fräsen entstehenden Spritzer zu reduzieren. Gleichzeitig schützen sie die Maschinenbediener und die Umwelt vor den Auswirkungen des Bearbeitungsprozesses.

Schnelllader

Shuttle-Tische oder andere automatisierte Teileladesysteme tragen dazu bei, die Produktivität des vertikalen CNC-Bearbeitungszentrums zu steigern und gleichzeitig die Ausfallzeiten zu reduzieren.

Schnecken-/Späneförderer

Späneförderer oder Schneckenförderer können dazu beitragen, Späne aus dem Arbeitsbereich zu transportieren, um die Produktivität zu steigern und Ausfallzeiten durch das manuelle Schaufeln von Späneabfällen zu vermeiden.

Anwendungen und Einsatzmöglichkeiten von vertikalen Bearbeitungszentren (VMC)

Die vertikalen CNC-Bearbeitungszentren von JSWAY fertigen eine Vielzahl von Teilen und Produkten für unterschiedlichste Branchen und Anwendungsbereiche. Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Fertigungsindustrie, der Maschinenbau und die Medizintechnik nutzen diese CNC-Bearbeitungstechnologie aufgrund ihrer hohen Genauigkeit, Präzision und Eignung für die Serienfertigung.

Hier sind einige der bearbeiteten Teile:

Teile mit ungewöhnlichen Formen

Strukturen wie Körbe oder Sockel weisen unregelmäßige Formen auf. Die meisten dieser bearbeiteten Teile erfordern eine kombinierte Mehrpunktbearbeitung von Punkten, Linien und Flächen. Vertikale Bearbeitungszentren mit automatisierter Bearbeitungsfunktion ermöglichen die Fertigung dieser komplexen Bauteile, deren Herstellung mit traditionellen Verfahren oft schwierig ist.

Kastenförmiges Teil

Kastenförmige CNC-Teile bestehen aus einem Einlochsystem mit mehreren Hohlräumen. Diese kastenförmigen Teile werden häufig in Autos und Flugzeugen eingesetzt – beispielsweise Motorblöcke, Spindelgehäuse, Gehäuse von Zahnradpumpen und Dieselmotorblöcke. Mit vertikalen Bearbeitungszentren (VMC) lassen sich 60–95 % der Bearbeitungsvorgänge herkömmlicher Werkzeugmaschinen in einer einzigen Aufspannung durchführen.

Darüber hinaus zeichnen sich die CNC-Vertikalbearbeitungszentren durch hohe Genauigkeit, Effizienz, Steifigkeit und einen automatischen Werkzeugwechsler aus. Bei optimaler Programmierung des Bearbeitungsprozesses und Verwendung geeigneter Vorrichtungen und Werkzeuge lassen sich selbst die anspruchsvollen Herausforderungen der Bearbeitung von Kastenbauteilen bewältigen.

Komplexe Teile mit vielen Kurven

Bauteile wie Propeller, Nocken und Laufräder mit komplexen Krümmungen sind in der Luft- und Raumfahrt sowie im Transportwesen Standard. Herkömmliche Werkzeugmaschinen erschweren die Fertigung dieser Bauteile mit gekrümmten Teilen, Oberflächenkonturen und geschlossenen Hohlräumen, insbesondere bei der erforderlichen Bearbeitungsgenauigkeit.

Allerdings ermöglichen mehrachsige vertikale Bearbeitungszentren, die mit CNC-Maschinentechnik integriert sind, die effiziente und schnellere Herstellung von Kurventeilen mit höchster Präzision und Genauigkeit.

Neue Teile in der Probeproduktion

Das vertikale Bearbeitungszentrum VMC von JSWAY bietet hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit. Beim Wechsel des Bearbeitungsobjekts können Sie neue Programme erstellen und eingeben, Programmabschnitte ändern oder spezielle Anweisungen nutzen.

Beispielsweise können Sie mit der Zoomfunktion Teile mit gleicher Form, aber unterschiedlichen Größen herstellen. Dies ist besonders praktisch für die Kleinserienfertigung, die Erprobung neuer Produkte oder die Produktion mehrerer Varianten. Zudem verkürzt es die Produktionsvorbereitungs- und Testfertigungsphase.

Unterschiede zwischen vertikalen und horizontalen CNC-Bearbeitungszentren

CNC-Bearbeitungszentren sind hochentwickelte Werkzeugmaschinen mit integrierter Automatisierung, kombinierter Bearbeitung, Vielseitigkeit und hoher Geschwindigkeit. Horizontale und vertikale Bearbeitungszentren sind die Standard-CNC-Fräsmaschinen. Dieser Abschnitt erläutert die Unterschiede in den strukturellen Eigenschaften und der technischen Leistungsfähigkeit dieser Werkzeugmaschinen.

Die Ausrichtung der Spindel

Beide Maschinen verfügen über unterschiedliche Ausrichtungen, die es ermöglichen, die Bearbeitungstiefe horizontaler Bearbeitungszentren oder die Präzision vertikaler Bearbeitungszentren zu nutzen. Dies ist ein wesentlicher Unterschied zwischen den beiden Maschinen. Die Ausrichtung bzw. Struktur der Spindel bestimmt, wie der Fräser mit dem Werkstück interagiert.

Werkzeuggeometrie

Die Geometrie eines Werkzeugs beeinflusst häufig die Schnittspezifikationen und -ergebnisse. Horizontale CNC-Bearbeitungszentren sind kürzer und dicker, wodurch sie die nötige Stabilität bieten, um auch bei tieferen Schnitten Widerstand zu leisten.

Die vertikale Bearbeitung ist zwar präziser und ideal für kleinere Werkstücke, hat aber auch Nachteile. Aufgrund der Vibrationen sind tiefere Schnitte nicht möglich, was zu Abweichungen von der Konstruktion führt.

Schnittspezifikationen und Genauigkeit

Horizontale Bearbeitungszentren erzielen im Vergleich zu vertikalen Zentren höhere Abtragsraten. Sie zeichnen sich durch hohe Stabilität und größere Schnitttiefen aus. Vertikale Bearbeitungszentren werden üblicherweise für begrenzte Bearbeitungen wie Nutenfräsen und Planfräsen eingesetzt. Sie ermöglichen jedoch sehr präzise Schnitte und eine hervorragende Oberflächengüte. Die begrenzte Zerspanbarkeit führt daher zu einer geringeren Abtragsrate.

Anzahl der zu bearbeitenden Seiten

Vertikale Bearbeitungszentren (VMC) , insbesondere 5-Achs-Fräsmaschinen, eignen sich besser für die Bearbeitung von Werkstücken von mehreren Seiten. Sie verfügen häufig über integrierte Paletten mit daran befestigten Vorrichtungen oder Werkzeugträgern. Die Spindelauslastung ist in vertikalen Bearbeitungszentren deutlich verbessert. Dadurch wird der Zugang zu Vorder- und Seitenflächen der Werkstücke erleichtert. Dies steigert die Produktivität und reduziert menschliche Fehler. Diese Möglichkeiten sind jedoch horizontalen Bearbeitungszentren vorbehalten.

Kosten jeder Maschine

Horizontale Maschinen sind in der Anschaffung und Wartung deutlich teurer. Zudem benötigen sie Fachkräfte für ihre Bedienung. Dies erhöht die gesamten Fertigungskosten.

Vertikale CNC-Maschinen sind hingegen kostengünstiger als horizontale. Auch die Bedienung und Wartung vertikaler Dreh- und Fräszentren ist im Vergleich zu horizontalen Maschinen deutlich einfacher. Daher eignen sie sich für alle Kleinserienfertigungen.