Warum ist ein horizontales Bearbeitungszentrum besser für die Schwerzerspanung geeignet?

Sie müssen große, schwere Teile bearbeiten und fragen sich, welche CNC-Maschine für diese Aufgabe geeignet ist. Ein Vertikal-Bearbeitungszentrum (VMC) scheint vielseitig zu sein, aber die schweren Aufgaben lassen Sie zögern. Gibt es eine bessere Option für die Zerspanung und die Bearbeitung großer Stückzahlen?

Horizontal-Bearbeitungszentren (HMCs) eignen sich im Allgemeinen besser für die Schwerzerspanung, da sie eine robuste Struktur, eine bessere Späneabfuhr, eine höhere Leistung und eine Konstruktion aufweisen, die große, schwere Werkstücke mit größerer Stabilität unterstützt. Dies führt oft zu einer deutlich höheren Spindelauslastung.

Die Bauweise einer HMC mit ihrer horizontalen Spindel und der oft massiveren, steifen Konstruktion mit einer kürzeren Strukturschleife minimiert Vibrationen und Durchbiegung. Dies ist für die Schwerzerspanung von entscheidender Bedeutung. Dabei geht es nicht nur um die Spindel, sondern die gesamte Maschinenkonstruktion trägt dazu bei. Beispielsweise haben HMCs oft eine größere Lagerkapazität, da ihr Arbeitstisch horizontal liegt und für ein hohes Gewicht ausgelegt ist. Dadurch können sie massive Werkstücke mit hoher Präzision bearbeiten, was bei einer VMC-Maschine aufgrund von Einschränkungen wie der Säulenhöhe schwierig sein kann.

Wie unterscheiden sich Späneabfuhr und -management zwischen horizontalen und vertikalen Bearbeitungszentren?

Sie machen schwere Schnitte, und die Späne fliegen überall hin. Bei manchen Maschinen stapeln sie sich und verursachen Probleme wie Werkzeugschäden oder eine schlechte Oberflächengüte. Macht die Ausrichtung der Maschine wirklich einen Unterschied, wenn es darum geht, die Schnittzone frei und sauber zu halten?

Die Spanabfuhr ist bei einer HMC natürlich effektiver, da die Späne durch die Schwerkraft vom Werkstück und vom Werkzeug wegfallen, was die Nachbearbeitung reduziert. VMCs haben oft mit Späneansammlungen zu kämpfen und erfordern möglicherweise mehr Kühlmittel oder spezielle Fräser.

Dies ist einer der ersten großen praktischen Unterschiede, der mir aufgefallen ist, und er ist für schwere Arbeiten entscheidend.

• Die helfende Hand der Schwerkraft bei HMCs:
  Bei einer HMC ist die Spindel horizontal. Die meisten Späne fallen einfach nach unten und weg vom Schneidbereich, oft in einen Förderer. Dies ist besonders effektiv bei der Bearbeitung von Hohlräumen oder konkaven Profilen und führt zu besseren Oberflächengüten und längerer Lebensdauer. Werkzeugstandzeit¹.
• Der harte Kampf um VMCs:
  Bei einer VMC ist die Spindel vertikal. Späne neigen dazu, auf das Werkstück zu fallen oder sich in Taschen anzusammeln, insbesondere in tiefen Bohrungen. Um sie zu beseitigen, sind oft Hochdruck-Kühlmittel oder Luftstöße erforderlich, und manchmal werden die Späne noch nachgeschnitten, was sich negativ auf die Lebensdauer des Werkzeugs und die Oberflächengüte auswirkt.
• Auswirkungen auf die maschinelle Bearbeitung:
  Besser Spanabsaugung² auf einer HMC bedeutet weniger Hitze, längere Werkzeuglebensdauer und eine gleichmäßigere Oberflächengüte, was manchmal den Bedarf an nachgeschalteter Bearbeitung reduziert.

Bei schweren Arbeiten mit hohem Späneaufkommen ist der natürliche Vorteil der HMC beim Spänemanagement ein bedeutender Vorteil.

Für welche Arten von Teilen oder Bearbeitungsvorgängen wird eine HMC in der Regel einer VMC vorgezogen?

Sie haben ein bestimmtes Teil im Sinn - vielleicht ist es groß, prismatisch oder hat Merkmale auf mehreren Seiten. Sie fragen sich, ob ein VMC die richtige Wahl ist, oder ob ein HMC besser geeignet ist. Wann kann eine HMC wirklich glänzen?

HMCs werden in der Regel für größere, schwerere und komplexe Oberflächenwerkstücke wie Motorblöcke, Luft- und Raumfahrtkomponenten oder kastenförmige Teile bevorzugt. Sie eignen sich hervorragend für die Schwerzerspanung, die Mehrseitenbearbeitung in einer Aufspannung und die Großserienfertigung.

Nach meiner Erfahrung und Ihren Erkenntnissen werden HMCs vor allem für die Bearbeitung von Teilen eingesetzt, die eine hohe Qualität aufweisen:

• Groß und schwer:
  Denken Sie an Zylinderblöcke von Automotoren, Gehäuse von Flugzeugtriebwerken oder riesige Pressbettkörper. Der horizontale Arbeitstisch und die robuste Konstruktion der HMC unterstützen diese massiven Werkstücke mit hoher Präzision. Sie können Metallwerkstoffe wie Stahl, Gusseisen, Kupfer und Aluminium bearbeiten.
• Komplexe, mehrseitige Teile (prismatisch/kastenförmig):
  Wenn ein Teil auf mehreren Flächen bearbeitet werden muss (z. B. vier Flächen in einer Aufspannung oder sogar Fünf-Seiten-Bearbeitung mit einem Winkelkopf), ist eine HMC mit einem Drehtisch oft die beste Lösung. Dies ist ideal für Teile, die auf Grabsteinen montiert sind.
• Großserienproduktion mit mehreren Teilen³:
  HMCs verfügen häufig über Palettenwechsler und können Tombstone-Vorrichtungen aufnehmen. Dadurch können mehrere Werkstücke geladen, die Produktionseffizienz verbessert und eine höhere Spindelauslastung erreicht werden. Meine Erkenntnisse deuten darauf hin, dass HMCs mehrere Werkstücke gleichzeitig bearbeiten können, was die Produktionseffizienz verbessert.
• Erforderliche Maßnahmen Schweres Schneiden⁴:
  Die größere Steifigkeit und Stabilität eines HMC bedeutet, dass es größeren Schnittkräften standhalten kann, wodurch es sich für die Bearbeitung von schwerem Material eignet.

Während sich VMCs für kleinere, leichtere Teile wie Scheiben, Hülsen, Platten oder Formen mit vielen Kavitäten eignen, insbesondere für Aufgaben, die nur einen Arbeitsgang erfordern, erledigen HMCs die großen, komplexen Aufgaben.

Wie unterscheiden sich die Aufnahmestrategien und die Rüstkomplexität zwischen HMC und VMC?

Das Einrichten eines Auftrags kostet Zeit, und komplexe Teile bedeuten oft mehrere Einrichtungsvorgänge. Sie sind auf der Suche nach Effizienz. Wie schneiden HMCs und VMCs im Vergleich ab, wenn es darum geht, das Werkstück zu halten und es für die Bearbeitung vorzubereiten?

Bei HMCs werden häufig Tombstone-Vorrichtungen auf Drehtischen verwendet (Gitterschraubenbohrungen sind üblich), so dass mehrere Teile oder mehrere Flächen eines Teils gleichzeitig eingerichtet werden können. VMCs verwenden in der Regel einfachere T-Nuten-Tische für die direkte Aufspannung, was für einzelne Aufspannungen einfacher, aber für mehrseitige Arbeiten weniger effizient ist.

Die Spanntechnik ist ganz anders und wirkt sich auf die Gesamteffizienz aus.

• HMC Workholding - Grabsteine und Paletten⁵:
  HMCs verwenden auf Drehtischen montierte Tombstone-Vorrichtungen. Auf diese können Sie mehrere Werkstücke oder verschiedene Seiten komplexer Teile laden. Dadurch wird die Rüstzeit pro Teil reduziert. Mit austauschbaren Paletten erhöht sich die Spindelauslastung, da eine Palette bearbeitet wird, während eine andere beladen wird. Die Einrichtung kann anfangs komplexer sein und erfordert manchmal Präzisionsmessungen für die Spannvorrichtungen.
• VMC-Spannsysteme - direkt und einfach⁶:
  VMCs verwenden T-Nuten-Tische zum direkten Spannen mit Schraubstöcken oder kundenspezifischen Vorrichtungen. Dies ist bei einzelnen, einfachen Teilen schneller und aufgrund der besseren Sichtbarkeit im Allgemeinen einfacher zu bedienen und zu beheben.
• Komplexität der Einrichtung vs. Gesamteffizienz⁷:
  Bei einmaligen, einfachen Teilen ist eine VMC-Einrichtung schneller. Aber bei komplexen Teilen oder Produktionsläufen reduzieren HMC-Strategien, wie die Fertigstellung mehrerer Flächen auf derselben Werkbank, die Be- und Entladezeit und den Arbeitsaufwand, was zu einer höheren Gesamteffizienz führt.

Meine ersten Erkenntnisse haben gezeigt, dass einige HMCs auch eine Drehfunktion haben, was für kreisförmige Werkstücke wie Kurbelwellen und Naben von Vorteil ist.

Wann ist die Mehrseiten-Bearbeitungsfähigkeit einer HMC vorteilhafter als die einer VMC?

Ihre Teile haben auf vielen Seiten Merkmale. Das ständige erneute Aufspannen auf einer VMC frisst Zeit und birgt Fehlerpotenzial. Gibt es eine effizientere Möglichkeit, diese komplexen Geometrien zu bearbeiten?

Die Mehrseitenbearbeitung einer HMC ist dank ihres integrierten Rundtisches (B-Achse) sehr vorteilhaft für Teile, die auf 3, 4 oder 5 Seiten in einer Aufspannung bearbeitet werden müssen. Dies reduziert die Rüstzeiten, verbessert die Genauigkeit und ist ideal für die Großserienfertigung komplexer Teile.

Diese Fähigkeit ist ein großer Vorteil für HMCs.

• Die Integrierter Drehtisch⁸:
  Die meisten HMCs verfügen über einen Standard-Rundtisch (B-Achse), mit dem das Werkstück oder der Grabstein gedreht werden kann. Dies bedeutet, dass Sie mehrere Seiten eines Werkstücks in einer einzigen Aufspannung bearbeiten können, wodurch mehr Werkstückversätze effizient gehandhabt werden können.
• Weniger Einstellungen, bessere Genauigkeit, weniger Zeitaufwand⁹:
  Durch die Bearbeitung mehrerer Seiten in einem Durchgang auf einer HMC werden kumulative Fehler durch Umspannen reduziert und die Rüstzeit drastisch verkürzt. Für ein sechsseitiges Teil benötigt eine VMC möglicherweise sieben oder mehr Bewegungen, während eine HMC die meisten Vorgänge mit minimalem Aufwand erledigt.
• Effizient für komplizierte Geometrien¹⁰:
  Für Teile mit komplizierten Merkmalen auf vielen Seiten ist dieser mehrseitige Zugang von unschätzbarem Wert. Während eine VMC über zusätzliche Rundtische verfügen kann, ist die integrierte B-Achse einer HMC in der Regel robuster und für den ständigen Einsatz bei der Konturbearbeitung und bei mehrseitigen Operationen geeignet. Meine Erkenntnisse bestätigen, dass HMCs die Bearbeitung mehrerer Flächen auf der gleichen Werkbank erledigen können, was Zeit und Arbeit spart.

Der Entwicklungstrend bei HMCs umfasst höhere Geschwindigkeiten, eine adaptivere Steuerung für mehr Intelligenz und Effizienz sowie eine stärkere Automatisierung (automatischer Werkzeugwechsel, Be- und Entladen) zur weiteren Steigerung der Produktion.

Schlussfolgerung

Für die Schwerzerspanung großer, komplexer, mehrseitiger Teile, insbesondere bei hohen Stückzahlen, bieten HMCs eine überlegene Stabilität, Spänemanagement und Mehrachsigkeit. Dies führt zu höherer Präzision, höherer Produktivität und besserer Gesamteffizienz im Vergleich zu den meisten VMCs für solch anspruchsvolle Anwendungen.