Angriff von oben

Was die Praxis bevorzugt, das belegt auch die Statistik: 75 Prozent aller Bearbeitungszentren sind in vertikaler Bauform ausgeführt. Das war nicht immer so, denn die Horizontale hat durchaus ihre Vorteile. In erster Linie war es das Drum und Dran der Fertigung, das Einbinden in Produktionsstraßen und der Druck zu noch wirtschaftlicherem Metallbearbeiten, der die Vertikalzentren so beliebt machte. Kaum eine andere technische Entwicklung wurde so stark von ihrem ¿Umfeld¿ geprägt.

Die Messen der Werkzeugmaschinenhersteller und der Blick in gut organisierte Fertigungshallen zeigen es ganz deutlich: Der Eingriff von oben, das Bearbeiten mit vertikal aufgebauten Werkzeugmaschinen ist die bevorzugte Variante. Das Prinzip beruht nicht etwa auf Traditionen oder wurde gedankenlos beibehalten. Es hat sich einfach aus praktischen Gegebenheiten heraus weiterentwickelt und durchgesetzt.

Anhand der Produktionsbedingungen ist schnell einsehbar, weshalb dieses Konzept besser in den Materialfluß paßt, die Werkzeuge schnellsten Eingriff bieten, das Steuern und Regeln gut zu beherrschen ist und auch die Maschinenbediener gern mit diesem Maschinenaufbau arbeiten. Deshalb hier einige Gesichtspunkte, die diese Vorteile untermauern.

Spannung: Ohne Spannwinkel oder andere aufwendige Raffinessen können die Werkstücke auf flachen und stabilen Spannvorrichtungen fixiert werden. Selbst die häufig geforderte Komplettbearbeitung ist relativ schnell und einfach in eine geeignete Werkstückaufnahme umgesetzt, wobei natürlich (mindestens) eine zusätzlich Drehachse vorhanden sein muß. Da reicht der Standard-Vorrichtungsaufbau für fast alle Bearbeitungsaufgaben aus.

Wechselbeziehungen: Vertikale Bauform und automatischer Werkstückdurchlauf auf Spann- und Transportpaletten vertragen sich ausgesprochen gut. Kommt dann noch ein Wendetisch hinzu, so ist das Be- und Entladen außerhalb des Arbeitsraumes der Maschine möglich, was in der Fertigung den ¿Durchfluß¿ sichert.

Gewinnchancen: Zeitgewinn gibt¿s beim Werkzeugwechsel. Besonders dann, wenn die Werkzeuge wie in diesem Beispiel kreisförmig um die Spindel angeordnet sind. Extrem kurze Wege, jedes Werkzeug mit eigenem Wechsler, da sind erstaunliche 0,9 Sekunden Wechselzeit machbar.

Saubermann: Beim Werkzeugwechsel erweisen sich Späne und Kühlmittelreste oft als Handikap. Schnell einzusehen, daß die vertikale Bauform mit oben angeordneter Spindel da grundsätzliche Vorteile bietet. Der Maschinentisch und die Spannvorrichtungen bedürfen allerdings großer Aufmerksamkeit, damit sich keine Spänenester bilden können.

Schmalspur: Vertikal-Fertigungszentren bauen in die Höhe. Das bedeutet wesentlich weniger Platzbedarf. Über den Daumen gepeilt, muß für horizontal aufgebaute Maschinen mit der doppelten Stellfläche gerechnet werden.

Sympathie: Oft wird es übersehen: Aber die Akzeptanz der Maschinenbediener ist ein wichtiges Kriterium. Dazu gehört nicht nur die logisch aufgebaute und einfach zu bedienende Steuerung. Wichtig ist auch die uneingeschränkte Sicht auf das, was die Maschine gerade tut. Und da präsentieren gerade die Vertikalzentren das Geschehen wie auf einem Tablett.

Länger und breiter als hoch

Grundsätzlich eignen sich die Vertikal-Fertigungszentren natürlich für alle üblichen Bearbeitungsverfahren, Werkstückgeometrien und Materialkombinationen. Doch gibt es ausgesprochene Stärken, die dann das ausmachen, was wir ¿Überlegenheit¿ nennen. Und die liegen immer dann vor, wenn die Werkstücke grundsätzlich länger und breiter als hoch sind. Wobei natürlich auch die Ansprüche an Oberflächenqualität und Genauigkeit eine große Rolle spielen. Schließlich soll es meist ohne Schleifen gehen und heutiger Maschinenstandard bietet das, was früher als Lehrenbohrwerk-Genauigkeit bezeichnet wurde.

Ein richtig schöner ¿Fall¿ für Vertikalzentren sind die Gehäuse für Ladepumpen, die in Pkw-Motoren (also große Stückzahlen) eingebaut werden. An diesen Dingern ist so ziemlich alles gefordert, was den Fertigungsleuten Probleme bereiten könnte: Spiralfräsen, Lagersitz, Passungen, hohe Oberflächenqualität, damit die Gase möglichst ohne Reibung in den Motor zischen. Das Material ist Aluminiumguß (freundliche Variante) oder kratzbürstiger Grauguß, der die Trockenbearbeitung erfordert.

Dieses Werkstück wird von den Drehern so vorgearbeitet, daß es auf dem Bearbeitungszentrum präzise gespannt werden kann. Ein NC-Rundtisch nimmt das Gehäuse flach auf und gibt die Drehbewegung so vor, daß der vertikale Fahrständer zum Spiralfräsen nur in Y-Richtung zu fahren braucht. Durch diese Vorgehensweise entfallen die sogenannten Umkehrpunkte durch den Wechsel zwischen Y- und X-Achse. Da können die horizontal arbeitenden Maschinen nicht mithalten.

Schnelles Aluminium

Viele Autofahrer lieben Felgen aus Aluminium. Die sehen nicht nur rasant aus, die sind es auch. Insbesondere, wenn sie mit Niederdruckreifen bestückt sind, geben sie dem flachen Flitzer eine ganz andere Optik und Straßenlage. Ich halte meine Begeisterung da etwas zurück, denn neulich hätte ich doch bald so eine 150 000-Mark-Flunder mit meinem ¿Normal-Auto¿ in die Einfahrt eines Kaufhauses geschubst: Ich war mir einfach nicht darüber klar, daß ein abgesenkter Bordstein (höchstens noch vier Zentimeter) ein gewaltiges Hindernis darstellen kann und den Fahrer zu gewagten Bremsmanövern zwingt.

Das Bearbeiten der Felgen zeigt genau das, worauf es in der Produktion ankommt: Die Schmiede oder Gießerei gibt den Takt vor ¿ alle 50 bis 60 Sekunden kommt eine Felge daher ¿ und die folgenden Bearbeitungen haben sich nach dieser Zeitvorgabe zu richten, auch das Bearbeitungszentrum! Und natürlich nur eines, denn der Einsatz von zwei Bearbeitungszentren pro Felgenstraße würde die Dinger am Ende zu teuer machen.

Vier oder fünf angesenkte Befestigungsbohrungen, schräge Bohrung für den Ventildurchlaß, teilweise noch mehrere ¿Spurlöcher¿ und alle Bohrungen von der Rückseite flach angesenkt und entgratet. Viele Arbeiten, die nur mit ausgefeilter Technik im 50-Sekunden-Takt möglich werden: Schwenkvorrichtungen, Drehtische, Schwenkspanner, Roboterbeladung, Meßtaster ¿ und immer wieder optimierte Steuerungstechnik für Bearbeitungs- und Meßaufgaben.

Der Ablauf: Null-Grad-Position: Roboter-Beladen, Spannen, Mittelpunkt-Messung, Bohren und Senken der Anschraublöcher mit Wendeplattenwerkzeugen. 15 Grad-Position: Bohren und Senken der Ventilöffnung. 180 Grad-Position: Anspiegeln und Fasen der Anschraubbohrungen. 195 Grad-Position: Anspiegeln der Ventilbohrung. Null-Grad-Position: Roboter-Entladen. Taktzeit 50 Sekunden! Wer auf den Roboter verzichtet, der muß mit 65 Sekunden Taktzeit rechnen.

Königsdisziplin

HSC steht für High-Speed Cutting und bezeichnet die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, eine wahre Königsdisziplin der Metallbearbeitung. Auch hier dominieren die Maschinen in vertikaler Bauart ¿ und ein Werkstoff dominiert, das Aluminium. Oft wird aus dem Vollen gearbeitet, was unter dem Strich heißt, daß bis zu 85 Prozent des Werkstoffes in Späne verwandelt werden muß. Geeigneter Maschinenaufbau, schnelle Steuerung, Werkzeuge die etwas mehr aushalten und eine Möglichkeit, um die Unwucht in den Griff zu kriegen: Ab geht die Post! Da brauchen Sie nur noch etwas Mut, um neben der Maschine stehen zu bleiben und an einen guten Ausgang des Geschehens glauben zu können.

Es ist schon gewöhnungsbedürftig, bei der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung die Ruhe zu bewahren. Alles läuft so schnell ab, daß es sich mit unserem hergebrachten Verständnis vom Fräsen und Bohren nicht mehr verträgt. Doch die Arbeitsergebnisse nötigen uns nicht nur Respekt ab, sie schaffen auch Vertrauen. Und vor allem die Kostenrechner geraten ins Schwärmen: Nur ein Viertel der üblichen Maschinenlaufzeit. Aber (!) schauen Sie sich die Maschinen genau an, lassen Sie sich durch Vorführungen überzeugen, denn nicht alles, was unter HSC angeboten wird, kann diesen Anspruch wirklich erfüllen. Setzen Sie auf Nummer Sicher, auf namhafte und kompetente Firmen.

Ein Werkzeug, das keines ist

Wenn die Werkzeugmaschinen der neuen Generation schon Lehrenbohrwerksqualität als Standard bieten, dann liegt es nahe, das Messen in die Bearbeitungsvorgänge mit einzubeziehen. Steuerungstechnisch gar kein Problem und dem Werkzeugwechsler ist es gleichgültig, ob er zum Bohrer oder Meßtaster greift.

Meßtaster automatisieren manuelle Arbeitsgänge, indem sie beim Bestimmen der Lage des Werkstückes helfen oder sicherstellen, daß kritische Maße innerhalb der geforderten Toleranzen bleiben. Der gezeigte Meßtaster tastet zum Beispiel aus X-, Y- und Z-Richtung an, mißt auf zwei Tausendstel genau und verkraftet Antastgeschwindigkeiten bis zu 480 Millimetern pro Minute.

Ein anderes Thema der Meßtechnik sind Werkzeug- und Maschinenkontrollen. Da kann der Laser gute Dienste leisten: Werkzeugbruch, Werkzeugrundlauf, Werkzeugvermessung und Maschinen-Temperaturkompensation sind geeignete Meßaufgaben. Deutlich zeigt das Bild des Micro-Laser-Controlsystems, daß diese Station schnell mal angefahren ist, um zu sehen, ob die Werkzeuge noch o.k. sind oder um die temperaturbedingte Ausdehnung des Maschinenaufbaus mal eben mit Hilfe der Software zu kompensieren.

Unter dem Strich bietet die neue Werkzeugmaschinentechnik immer mehr Möglichkeiten zum noch schnelleren, noch präziseren, noch wirtschaftlicheren Arbeiten. Da ist schon mal ein Kompliment an diese Branche fällig: Toll, wie sich die Entwickler an der Praxis orientieren! Anders als in vielen anderen Industriebereichen, verzichtet man auf jeden unnützen Schnickschnack. An der Werkzeugmaschinenindustrie sollten sich die Automobilbauer mal ein Beispiel nehmen, dann würden Türschlösser nicht mehr einfrieren, Hosen beim Einsteigen sauber bleiben, Heckscheiben nicht mehr zuspritzen, Dachgepäckträger ohne Gefummel fest sitzen, Türgriffe und Tankdeckel sauber bleiben, Gepäckräume sich auch mit vollen Händen öffnen lassen, . . .

Und während in den Entwicklungsabteilungen der Werkzeugmaschinenhersteller schon fieberhaft an den nächsten Überraschungen gearbeitet wird, brauchen Sie sich nur informiert zu halten ¿ um dann zum richtigen Zeitpunkt in die neueste Technologie einsteigen zu können. Zu einem der Hersteller bieten wir hier den ganz schnellen Weg, per Kennziffer, Telefon, Faxgerät oder über das Internet mit E-Mail-Anschluß.

Dieter Capelle / Januar 1999

Links: http://www.chiron-werke.de