Zerspanung Mit Multifunktionsmaschinen die Durchlaufzeit reduzieren

Autor / Redakteur: Willi Rößner / Rüdiger Kroh

Bei Multifunktionsmaschinen wirken die verfahrensbezogenen Arbeitseinheiten an gleichen oder getrennten Werkstücken, sie sind einzeln oder gemeinsam im Einsatz und führen kinematisch gekoppelte oder entkoppelte Relativbewegungen aus. Durch die Konzentration der Arbeitsgänge auf eine Maschine reduziert sich die Durchlaufzeit.

Anbieter zum Thema

Bild 1: Multifunktionsmaschine zur Fräs- und Laserbearbeitung.
Bild 1: Multifunktionsmaschine zur Fräs- und Laserbearbeitung.
(Bild: DMG Mori/Rößner)

Die Reduzierung der Durchlaufzeit, die Vereinfachung der Organisation sowie die Kostensenkung und Qualitätsverbesserung sind die Triebfedern zum Verkürzen von Fertigungsketten [1]. Eine technische Strategie zum Erreichen dieses Zieles ist die Mehrverfahrenstechnik in Werkzeugmaschinen. Bild 1 zeigt eine Werkzeugmaschine, ausgerüstet zum Fräsen und Lasern.

Maschinenkonzeptionen für die Mehrverfahrenstechnik

In der linken Bildhälfte ist die eingewechselte Lasereinheit sichtbar. Solche Maschinen verfügen über zwei oder mehr unterschiedliche Grundfertigungsverfahren und werden daher als Multifunktionsmaschinen bezeichnet. Die Vorteile der Mehrverfahrenstechnik sind das Verkürzen der Fertigungskette bei kompletter Nutzung aller installierter Verfahren oder aber auch die flexible Reaktion auf unterschiedliche Aufträge durch auftragsabhängige, selektive Nutzung einzelner Verfahren. Der Beitrag zeigt eine Übersicht über den Stand der Mehrverfahrenstechnik und benutzt eine Systematik zur Unterscheidung von Multifunktionsmaschinen.

Einwechselbare oder stationäre verfahrensbezogene Arbeitseinheiten

Unterschiedliche Grundverfahren sind in der Werkzeugmaschine über einwechselbare oder stationäre verfahrensbezogene Arbeitseinheiten (AE) verfügbar. Die Werkzeugmaschine ist ausgeführt zur Einstück- oder Mehrstückbearbeitung und mit einer oder mehreren AE ausgestattet. Sind mehrere AE gleichzeitig aktiv, ist wiederum in kinematisch entkoppelte oder gekoppelte Relativbewegungen der Arbeitseinheiten zu unterscheiden. Diese Einzelmerkmale lassen sich zu Grundtypen für die Mehrverfahrenstechnik kombinieren. Die in der Praxis etablierten Grundtypen werden nachfolgend erläutert.

Bei der sequenziellen Bearbeitung wirken die Arbeitseinheiten nacheinander am selben Werkstück. Die Arbeitseinheiten sind entweder stationär im Arbeitsraum verfügbar (Bild 2) oder werden eingewechselt (Bild 1). Bild 2 zeigt ein Beispiel zur Stanz- und Laserbearbeitung von Blechen.

Eine simultane Bearbeitung des Werkstücks erhöht die Produktivität

Bei der simultanen, asynchronen Einstückbearbeitung wirken mehrere Arbeitseinheiten gleichzeitig am selben Werkstück. In Bild 3 ist ein Multifunktionszentrum in Doppelständerbauweise für die gleichzeitige Mehrstellenbearbeitung mit einer Ausdreheinheit (links) und einer Feinbohr- und Honeinheit (rechts) dargestellt. Das Beispiel wurde in Anlehnung an eine Maschine von MAG-IAS konzipiert. Jeder Ständer arbeitet unabhängig an einer Werkstückseite. Das Werkstück lässt sich über den Rundtisch drehen, weshalb alle vier Werkstückseiten mit den vorhandenen Verfahren bearbeitet werden können.

Bei der simultanen, asynchronen Mehrstückbearbeitung wirken mehrere kinematisch entkoppelte Arbeitseinheiten gleichzeitig an verschiedenen Werkstücken. Werkzeugmaschinen zur Mehrstückbearbeitung sind so aufgebaut, dass zwei oder mehr Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden. Bei der seriellen Bearbeitung durchlaufen die Werkstücke nacheinander die Arbeitsstellen im Arbeitsraum.

Ein Beispiel zum Nutstoßen und Wälzfräsen in einem Multifunktionszentrum mit Gegenspindel verdeutlicht Bild 4. An der Hauptspindel arbeitet die Nutstoßeinheit B und an der Gegenspindel gleichzeitig die Wälzfräseinheit C. Nicht dargestellt ist die vorausgehende Drehbearbeitung. Somit sind drei spanende Grundverfahren installiert. Es findet ein Werkstücktransfer in Pfeilrichtung zwischen den zwei Spindeln statt. In der Nutstoßeinheit wirkt eine oszillierende Schnittbewegung und die Hauptspindel arbeitet als C-Achse. Bei der Wälzfräseinheit sind die Werkzeugspindel und die Gegenspindel synchronisiert.

Simultane Mehrstückbearbeitung mit gekoppelten Arbeitseinheiten

Bei der simultanen, synchronen Mehrstückbearbeitung wirken mehrere kinematisch gekoppelte Arbeitseinheiten gleichzeitig an verschiedenen Werkstücken. Ein Beispiel dafür sind mehrspindlige Dreh-Fräsmaschinen. In Bild 5 ist rechts eine doppelspindlige Dreh-Fräsmaschine mit fünf NC-Achsen zu sehen. Im Drehbetrieb arbeitet die Werkstückspannung als Drehspindel mit stehenden Werkzeugen. Für den Fräsbetrieb werden nach einer Kinematikumstellung die Drehspindeln als C-Achsen betrieben und die Werkstücke mit rotierenden Werkzeugen bearbeitet.

Die Werkzeugmaschinenindustrie entwickelt kontinuierlich neue Techniken. Eine davon ist die beschriebene Mehrverfahrenstechnik. Zusammen mit der Mehrstellen- und Mehrstücktechnik [2] ergeben sich hochproduktive und flexible Produktinnovationen.

Diese sind zugleich auch die Produktionsinnovationen der Anwender. Die Konzentration der Arbeitsgänge auf eine oder wenige Maschinen vereinfacht die Fertigungslogistik und reduziert die Durchlaufzeit in der Werkstattfertigung wie auch in der Linienfertigung. MM

Literatur

[1] Rößner, W.: Kostenoptimale Segmentierung von Fertigungsketten, ZWF 7-8/2013, S. 514.

[2] Rößner, W.: Mehrstellen- und Mehrstücktechnik. Werkstatt und Betrieb 10/2013, S. 31.

* Prof. Dr.-Ing. Willi Rößner ist Lehrbeauftragter an der Hochschule Augsburg.

(ID:42499486)