Die Wahl des richtigen Bearbeitungszentrums

Ein Bearbeitungszentrum ist eine hochentwickelte Werkzeugmaschine, mit der Werkstücke, in der Regel aus Metall, materialabtragend bearbeitet werden können. Auch bekannt als Fertigungszentrum oder abgekürzt BAZ, vereint es die Funktionen der Fräs-, Bohr- und Drehmaschine. Dieser Kaufratgeber befasst sich speziell mit CNC-Bearbeitungszentren und CNC-Fräsmaschinen, d. h. solchen mit computergestützter numerischer Steuerungstechnik (CNC = Computerized Numerical Control).

Bearbeitungszentren ansehen

  • Wie wählt man ein Bearbeitungszentrum?

    4-Achsen-Bearbeitungszentrum von COMAU

    Die Wahl eines Bearbeitungszentrums hängt von mehreren Kriterien ab, nämlich der Form und Komplexität des Werkstücks, dem zu bearbeitenden Material und dem Platzbedarf der Maschine.

    Je nachdem, wie komplex die Form des Werkstücks ist, haben Sie folgende Optionen:

    • Anzahl der Achsen: Eine Werkzeugmaschine hat mindestens 3 Linearachsen und insgesamt höchstens 7 Achsen. 5-Achsen-Bearbeitungszentren sind in der Industrie am weitesten verbreitet.
    • Ausrichtung der Spindel: vertikal oder horizontal.

    Die Größe der Maschine hängt schließlich davon ab, wie viel Platz Sie in Ihrer Werkstatt bzw. Fabrik zur Verfügung haben.

  • Wie viele Achsen sollte ein Bearbeitungszentrum haben?

    5-Achsen-Bearbeitungszentrum der Marke Maschinenfabrik Berthold Hermle AG

    Die Anzahl der Achsen, die ein Bearbeitungszentrum haben sollte, hängt von der Form des zu bearbeitenden Werkstücks ab. Werkzeugmaschinen mit 5 Achsen sind in der Industrie am weitesten verbreitet, aber es gibt auch Maschinen mit 3 Achsen, 4 Achsen, 6 Achsen und 7 Achsen. In diesem Abschnitt gehen wir näher auf 5-Achsen-Bearbeitungszentren ein, da diese am häufigsten verwendet werden. Sie lassen sich in zwei Kategorien einteilen:

    • Bearbeitungszentren mit 5 Simultanachsen
    • Bearbeitungszentren mit 3 Achsen + 2 Achsen

    Bei einer 5-Achsen-Maschine bewegt sich das Schneidwerkzeug in den drei linearen Achsen X, Y und Z, während es sich gleichzeitig in den beiden Rotationsachsen A und B dreht. Dies wird als 5-Achsen-Simultanbearbeitung bezeichnet. Die 5-Achsen-Simultanbearbeitung hat den Vorteil, dass selbst Werkstücke mit komplexen geometrischen Formen in einem einzigen Arbeitsgang bearbeitet werden können. Denn dank der 5-Achsen-Bewegung des Schneidwerkzeugs kann das Werkstück an 5 Seiten gleichzeitig bearbeitet werden. Diese Konfiguration ist vor allem für die Bearbeitung komplexer Werkstücke sehr praktisch, jedoch ist sie auch recht teuer.

    Es gibt eine andere, kostengünstigere Konfiguration von 5-Achsen-Bearbeitungszentren, nämlich solche mit 3 + 2 Achsen. Hierbei geschieht die Fräsbearbeitung auf 3 Achsen. Die beiden Drehachsen dienen dazu, das Schneidwerkzeug in einer bestimmten Neigungsposition zu fxieren. Diese Konfiguration eignet sich für die Bearbeitung weniger komplexer Werkstücke, für Schruppbearbeitungen und für den Formenbau.

  • Vertikales Bearbeitungszentrum oder horizontales Bearbeitungszentrum?

    Horizontal-Bearbeitungszentrum der Marke Mazak

    Je nach Ausrichtung der Spindel unterscheidet man zwischen vertikalen und horizontalen Bearbeitungszentren. Beide Systeme haben ihre Vor- und Nachteile.

    Horizontales Bearbeitungszentrum

    • Die Spindel ist horizontal ausgerichtet und ermöglicht Schnitte in kleinen Winkeln, insbesondere an den Seiten des Werkstücks.
    • Diese Art der Bearbeitung eignet sich zum Fräsen von Nuten und zum Bearbeiten ebener Flächen.
    • Sie eignet sich außerdem für die Bearbeitung großer Werkstücke mit komplexen Formen.
    • Diese Konfiguration erleichtert den Abtransport der Späne.
    • Der Werkzeugwechsel funktioniert schnell.
    • Es gibt zudem eine Funktion zum Palettenwechsel.
    • Sie ist auch für die Bearbeitung besonders schwerer Werkstücke geeignet, die auf mehreren Seiten bearbeitet werden müssen.

    Vertikales Bearbeitungszentrum

    • Die Spindel ist vertikal ausgerichtet, sodass Schnitte an der Oberseite des Werkstücks ausgeführt werden.
    • Es ermöglicht die Bearbeitung großer Werkstücke, wobei alle Seiten des Werkstücks ohne Intervention eines Mitarbeiters bearbeitet werden können.
    • Diese Art der Bearbeitung eignet sich zum Schleifen von Matrizen und zur Bearbeitung von Werkzeugteilen.
  • Welche Materialien können bearbeitet werden?

    Es können verschiedene Materialien bearbeitet werden. Die Beschaffenheit des Materials bestimmt, welche Leistung und Drehgeschwindigkeit die Spindel aufweisen muss. Die folgende Tabelle hilft Ihnen dabei, die richtige Wahl zu treffen.

    Material Benötigte
    Leistung
    Erforderliche Rotationsgeschwindigkeit (U/min) Erforderliche
    Eigenschaften
    Aluminium Hoch Hoch Hochgeschwindigkeits-Spindelmotor
    Gusseisen Hohes Drehmoment Niedrig Spindelmotor mit hohem Drehmoment

    Übersetzung

    Steifheit

    Vibrationsdämpfung

    Graphit / Verbundstoffe Niedriges Drehmoment Hoch Hochgeschwindigkeits-Spindelmotor

    Thermische Stabilität

    Staubauffangsystem

    Kunststoff Niedriges Drehmoment Hoch Hochgeschwindigkeits-Spindelmotor
    Titan Hohes Drehmoment Niedrig Spindelmotor mit hohem Drehmoment

    Übersetzung

    Steifheit

    Vibrationsdämpfung

    Stahl Hohes Drehmoment Niedrig Spindelmotor mit hohem Drehmoment

    Übersetzung

    Steifheit

    Vibrationsdämpfung

    Geometrie des Werkzeugpfads

    Glas / Keramik / Stein Hohes Drehmoment Sehr niedrig
    (um Mikrorisse zu vermeiden)
    Gesintertes Diamantwerkzeug
    Holz Durchschnittliches Drehmoment Hoch Späneentsorgungssystem
  • Welche Auswahlkriterien sind außerdem zu beachten?

    Es gibt noch weitere Kriterien, die bei der Wahl eines Bearbeitungszentrums zu beachten sind:

    • Die Drehzahl, die von dem zu bearbeitenden Material abhängt. Materialien mit geringer Steifigkeit erfordern eine hohe Drehzahl, insbesondere für die Endbearbeitung. Härtere Materialien erfordern hingegen eine niedrigere Drehzahl.
    • Das Vorhandensein eines Palettenwechslers, der eine Automatisierung der Bearbeitungsvorgänge ermöglicht und die Zykluszeiten reduziert.
    • Eine Funktion zur automatischen Be- und Entladung, die ebenfalls eine Automatisierung der Bearbeitungsvorgänge ermöglicht.
    • Die Anzahl der Bearbeitungsspindeln.
    • Die computergestützte, numerische Steuerung (CNC), mit der programmiert werden kann, welche Bewegungen die Werkzeugmaschine zur Bearbeitung eines bestimmten Werkstücks auszuführen hat.
      • Per CNC lassen sich das Bearbeitungswerkzeug, die Paletten, auf denen die Werkstücke befestigt sind, das Werkstückwechselsystem sowie das Lagersystem steuern.
      • Per CNC können all diese Vorgänge automatisiert werden.
  • Wie groß sollte ein Bearbeitungszentrum sein?

    Durch Bestimmung der Verfahrwege, die für die Bearbeitung erforderlich sind, können die Abmessungen der Werkstücke und deren Herstellung vorausgesehen werden. Es müssen also die 3 linearen Achsen X, Y und Z, die in der Regel in Millimeter ausgedrückt werden, berücksichtigt werden.

  • Was sind die neuesten Trends auf dem Gebiet der Bearbeitungszentren?

    Bearbeitungszentrum von Haas Automation

    Werkzeugmaschinen spielen in der industriellen Produktion eine sehr wichtige Rolle. Der Übergang zur Industrie 4.0 und somit zu intelligenteren, effizienteren und weniger umweltbelastenden Fertigungsanlagen erfordert ein Umdenken in Bezug auf die Herstellungsprozesse.

    Aktuell lassen sich neue Trends auf dem Markt beobachten. Dazu gehören z. B. vernetzte Bearbeitungszentren, umweltfreundliche Bearbeitungszentren und hybride Bearbeitungszentren.

    Vernetzte Bearbeitungszentren

    Mit der Entwicklung des Internets der Dinge (IoT) werden Werkzeugmaschinen zu vernetzten Objekten, so wie viele andere Geräte auch. Die Bearbeitungszentren werden immer raffinierter und verfügen über mehrere Sensoren (Geschwindigkeitssensoren, Temperatursensoren usw.), die regelmäßig Daten erfassen und übermitteln. Anhand dieser Daten lassen sich z. B. mögliche Ausfälle der Maschine vorhersagen und vorbeugende Wartungsmaßnahmen durchführen.

    Ein weiteres wichtiges Element vernetzter Bearbeitungszentren ist die Möglichkeit, sie per Tablet oder Smartphone fernzusteuern und bei Problemen in Echtzeit benachrichtigt zu werden, sodass unmittelbar Interventionen eingeleitet werden können. Vernetzte Bearbeitungszentren bieten folglich eine höhere Produktivität und ein geringeres Ausfallrisiko.

    Umweltfreundliche Bearbeitungszentren

    Um die Fertigungsprozesse umweltfreundlicher zu gestalten, entwickeln mehrere Hersteller neue Bearbeitungszentren, die weniger Energie verbrauchen und weniger umweltbelastend sind.

    Der Hersteller BENZ z. B. hat eine Technologie zur Energierückgewinnung in seine Maschinen eingebaut, mit der die verschiedenen Sensoren betrieben werden. Die Geschwindigkeit des Werkzeugs, die Vibrationen sowie die von der Maschine erzeugte Wärme stellen Energiequellen dar, die für den Betrieb der Sensoren zurückgewonnen werden können. Dadurch kann auf Batterien verzichtet werden, die umweltverschmutzend sind und oft ersetzt werden müssen.

    Hybride Bearbeitungszentren

    Es werden solche Bearbeitungszentren hybrid genannt, die Drehen und Fräsen bzw. 3D-Druck und Fräsen in einer Maschine kombinieren. DMG MORI ist mit seiner Lasertec 65 3D, die Fräsen und additive Fertigung miteinander kombiniert, ein Vorreiter auf diesem Gebiet.

    Hybride Werkzeugmaschinen ermöglichen eine effizientere Produktion, indem sie kürzere Produktionszyklen ermöglichen. Sie bieten darüber hinaus die Möglichkeit, Werkstücke mit Designs herzustellen, die mit anderen Geräten nicht zu realisieren wären. Außerdem benötigen sie weniger Platz.

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