Echte Mehrseiten-Bearbeitung in einem einzigen Aufspannungszyklus
Wie die horizontale Ausrichtung den gleichzeitigen Zugriff auf mehrere Werkstückseiten ermöglicht
Bei Horizontalen Bearbeitungszentren (HMCs) verläuft die Spindel parallel zur Werkstückoberfläche, wodurch der Bediener bei einer einzigen Aufspannung nahezu geradlinigen Sichtzugang zu fast allen vier Seiten eines Werkstücks erhält. Bei dieser Anordnung können die Schneidwerkzeuge benachbarte Flächen unter genau dem richtigen Winkel erreichen und manchmal sogar mehrere Bereiche gleichzeitig bearbeiten, ohne dass eine manuelle Positionsverstellung erforderlich ist. Vertikale Maschinen hingegen stehen vor einem völlig anderen Problem: Aufgrund der Schwerkraft fallen Späne oft direkt wieder in den Bearbeitungsbereich zurück. HMCs funktionieren dagegen anders – die Späne fallen von selbst in integrierte Späneförderer ab, was für eine sauberere Umgebung und einen schnelleren Prozessablauf sorgt. Was bedeutet das für die praktische Fertigung? Weniger manuelle Tätigkeiten für Maschinisten beim Endbearbeiten prismatischer Teile. Fehler bei der Aufspannung, die durch das Ausrichten von Werkstücken an mehreren Spannvorrichtungen entstehen, werden drastisch reduziert. Bei komplexen Teilen wie etwa solchen für Ventile oder Getriebegehäuse berichten Hersteller gemäß aktuellen Daten aus dem AMT-Effizienzbericht 2023 über Zeitersparnisse von rund drei Vierteln bei Umspannungsarbeiten.
Steinblock-Fixierung und drehbare, indexierbare Tische für die vollständige Bearbeitung von Werkstücken
Steinblock-Fixuren montieren mehrere Werkstücke vertikal auf steifen, modularen Basen, während drehbare, indexierbare Tische eine präzise, programmierbare Rotation um horizontale Achsen ermöglichen. Zusammen erlauben sie den vollständigen 5-Achsen-Bearbeitungszugriff durch automatisierte Winkelpositionierung – und liefern so die echte „Fertigung in einem Durchgang“:
| Funktion | Leistung |
|---|---|
| Modulare Steinblock-Oberflächen | Halten gleichzeitig 4–8 Werkstücke |
| Programmierbare Indexierung | Drehen der Werkstücke in exakte Winkelpositionen (±0,001°) |
| Paletten-Systeme | Ermöglichen kontinuierliches Bearbeiten während des Be- und Entladens |
Durch die Ausrichtung aller Komponenten an einem zentralen Bezugspunkt während der Fertigung werden diese lästigen Toleranzprobleme vermieden, die sich bei mehrfacher Aufspannung der Teile ansammeln. Jüngste Forschungsergebnisse aus der Luft- und Raumfahrtindustrie, veröffentlicht im Fachjournal „Precision Engineering“ im Jahr 2024, zeigten beeindruckende Ergebnisse: Bei der Herstellung von Turbinengehäusen mit speziellen Tombstone- und Drehtischmaschinen lagen fast 99,8 % der Teile bereits beim ersten Versuch innerhalb der geforderten Toleranzen – deutlich besser als bei herkömmlichen Verfahren, bei denen nur etwa 87 % erreicht wurden. Und vergessen wir nicht die feinen Details: Wenn die Teile nicht mehr wiederholt eingespannt werden müssen, bleiben die Messwerte zwischen den Losgruppen konsistent. Dies ist besonders wichtig für hydraulische Komponenten, bei denen die Oberflächen äußerst plan sein müssen – hier sind Abweichungen von weniger als 0,01 mm gefordert. Eine solche Präzision macht den entscheidenden Unterschied bei der Qualitätskontrolle.
Erhöhte betriebliche Effizienz durch horizontale Bearbeitungszentren
durch reduzierte Rüst- und Handhabungszeiten durchschnittlicher Produktivitätszuwachs von 30 %
Horizontale Bearbeitungszentren steigern die Produktivität tatsächlich erheblich, da sie all jene kleinen Tätigkeiten reduzieren, die dem Produkt keinen tatsächlichen Mehrwert verleihen. Mit Grabsteinvorrichtungen können Werkstätten mehrere Teile gleichzeitig spannen, anstatt sie einzeln zu bearbeiten. Palettenwechsler ermöglichen einen unüberwachten Dauerbetrieb über Nacht – was eine enorme Zeitersparnis bedeutet. Der gesamte Übergang zwischen den Bearbeitungsschritten entfällt praktisch vollständig und verringert den manuellen Aufwand im Vergleich zu herkömmlichen vertikalen Maschinen um rund 45 %. Bei der Einrichtung – insbesondere bei Teilen, die an mehreren Seiten bearbeitet werden müssen – fällt die eingesparte Zeit besonders beeindruckend aus. Laut Branchendaten der AMT verzeichnen die meisten Unternehmen nach dem Umstieg auf diese Systeme einen Produktivitätsanstieg von etwa 30 %. Ein führender Hersteller von Automobilkomponenten berichtete sogar, dass sich seine Zykluszeiten nach der flächendeckenden Einführung der HMC-Technologie in seiner Fertigungshalle um nahezu 37 % verkürzten.
Schwerkraftgestützte Spanabfuhr: Weniger Wiedereingriffe, längere Werkzeuglebensdauer
Horizontale Spindeln eignen sich einfach besser für das Spanmanagement während der Zerspanungsprozesse. Die Späne fallen direkt aus dem Bearbeitungsbereich auf die darunter angeordneten Förderbänder, wodurch ein erneutes Zerspanen vermieden wird – ein Vorgang, der die Einsätze deutlich schneller als üblich verschleißt. Für Betriebe, die viel Aluminium fräsen, bedeutet dies, dass die Einsätze etwa 15 bis sogar 25 Prozent seltener gewechselt werden müssen. Das Kühlmittel kann ungehindert durch das System fließen, was dazu beiträgt, die Temperaturen zu kontrollieren und die Standzeit der Werkzeuge vor dem Austausch zu verlängern. Auch die Arbeitsbereiche bleiben insgesamt sauberer, sodass die Wahrscheinlichkeit sinkt, den Produktionsbetrieb unerwartet unterbrechen zu müssen, um den Metallschrott zu entfernen. Im Durchschnitt sparen Fabriken pro Schicht rund 18 zusätzliche Minuten bei durchgehendem Betrieb dank dieser Konstruktion.
Hervorragende Maßgenauigkeit und Wiederholbarkeit
Eliminierung der kumulativen Toleranzstapelung über mehrere Aufspannungen hinweg
Horizontale Bearbeitungszentren erzielen bessere Ergebnisse, weil sie mehrere Seiten eines Werkstücks bereits bei nur einer Aufspannung bearbeiten können. Bei der herkömmlichen vertikalen Bearbeitung müssen Teile normalerweise von Maschine zu Maschine transportiert oder mehrfach neu eingespannt werden, was jedes Mal zu geringfügigen Fehlausrichtungen führt. Laut einigen in Fachzeitschriften veröffentlichten Studien kann diese wiederholte Neu-Aufspannung die Genauigkeit bei jeder Neuausrichtung tatsächlich um rund 0,05 bis 0,1 Millimeter verringern. Die horizontale Bearbeitung vermeidet dieses Problem vollständig, da sämtliche wichtige Merkmale – wie Bohrungen, Flächen und Anschlüsse – bearbeitet werden können, ohne die Spannvorrichtung erneut justieren zu müssen. Bei Motorblöcken, die mit horizontalen Verfahren hergestellt werden, bleibt die Ausrichtung zwischen den Zylinderbanken auf etwa ± 0,01 mm genau. Dieses Maß an Konsistenz führt dazu, dass Hersteller deutlich weniger Ausschuss produzieren – in Branchen, bei denen Präzision besonders zählt (wie etwa bei Luft- und Raumfahrtkomponenten oder medizinischen Geräten), kann die Ausschussrate sogar um bis zu 30 % gesenkt werden.
Minimierte Ausrichtungsfehler durch erneutes Einspannen von Werkstücken und Variationen der Spannvorrichtung
Jedes Mal, wenn Werkstücke während der Bearbeitung erneut eingespannt werden, besteht ein Risiko. Untersuchungen mittels NIST-traceabler Messtechnik zeigen, dass Faktoren wie Verschleiß der Spannvorrichtung, thermische Ausdehnung oder schlicht menschliches Versagen die Bezugsflächen (Datums) der Werkstücke im Durchschnitt um 0,03 bis 0,08 mm verschieben können. Horizontalbearbeitungszentren (HMCs) umgehen dieses Problem jedoch vollständig. Bei diesen Maschinen verbleiben die Werkstücke während des gesamten Bearbeitungsprozesses fest in den robusten Steinspannvorrichtungen („Tombstones“) eingespannt. Gleichzeitig übernehmen die Drehtische die gesamte Positionierung der Werkstücke für die Schneidwerkzeuge. Was bedeutet das? Kritische Merkmale wie Ventilsitze und Führungslöcher behalten ihre korrekte Ausrichtung bei. Keine Sorge mehr vor störenden Verschiebungen der Bezugsflächen, die die funktionale Passgenauigkeit aller Komponenten beeinträchtigen könnten. Und betrachten Sie die Zahlen: Hersteller berichten über Erfolgsraten beim ersten Durchlauf von über 98 % für besonders kritische Komponenten – selbst bei Chargen, die wochen- oder monatelang ununterbrochen gefertigt werden.
Erweiterte Drehachse-Integration für komplexe Arbeiten an mehreren Oberflächen
B-Achsen- und Doppel-Dreh-Tisch-Funktionen in modernen horizontalen Bearbeitungszentren
Moderne Hochleistungs-Bearbeitungszentren sind heute mit B-Achsen-Kippspindeln sowie doppelten Drehtischen ausgestattet, die eine sogenannte echte 5-Achs-Bearbeitung ermöglichen. Grundlegend kombiniert diese Technik die herkömmlichen X-/Y-/Z-Bewegungen mit Rotationsfunktionen. Der große Vorteil? Es besteht keine Notwendigkeit, die Bearbeitung zu unterbrechen und das Werkstück für verschiedene Flächen neu auszurichten. Nehmen wir beispielsweise die B-Achse: Sie ermöglicht es den Werkzeugen, unter zusammengesetzten Winkeln einzuschneiden, während die Drehtische das Werkstück bewegen. Dadurch ist es möglich, schwierige Hinterschneidungen zu bearbeiten und gleichzeitig glatte Konturen an Komponenten wie Turbinenschaufeln oder Laufrädern in einem einzigen Durchgang herzustellen. Laut einer aktuellen Studie von Sandvik Coromant aus dem Jahr 2023 verzeichnen einige Luft- und Raumfahrtunternehmen seit der Einführung dieser Technologie etwa 40 % weniger Toleranzprobleme bei komplexen Laufrädern. Besonders wichtig ist, dass die Maschinen auch bei der Bearbeitung harter Materialien – so hart, dass Verbiegeprobleme auftreten können – ihre Steifigkeit bewahren. Kombiniert man diese Systeme mit leistungsfähiger CAM-Software, ergeben sich plötzlich Werkzeugwege, die Kollisionen vermeiden, Material schneller abtragen und dennoch das Werkstück intakt halten. Teile, die früher als nicht herstellbar galten, werden dank dieser Fortschritte nun regelmäßig in der Serienfertigung gefertigt.
FAQ-Bereich
Was sind horizontale Bearbeitungszentren (HMCs)?
Horizontale Bearbeitungszentren sind Maschinen, bei denen die Spindel horizontal parallel zur Werkstückoberfläche ausgerichtet ist, wodurch während der Fertigung ein einfacherer Zugriff auf mehrere Seiten eines Werkstücks ermöglicht wird.
Wie steigern HMCs die Produktivität?
Aufgrund ihrer Anordnung verkürzen HMCs die Rüst- und Handhabungszeiten, was zu erheblichen Produktivitätssteigerungen führt – oft um rund 30 % im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren.
Welche Vorteile bieten Grabsteinspannvorrichtungen?
Grabsteinspannvorrichtungen ermöglichen die gleichzeitige Aufnahme mehrerer Werkstücke, wodurch häufiges Nachspannen entfällt und sich Präzision sowie Effizienz erhöhen.
Warum ist das Spanmanagement bei HMCs besser?
Durch die horizontale Spindelausrichtung fallen Späne von selbst ab, wodurch das Wiederschneiden reduziert, die Werkzeuglebensdauer verlängert und die Arbeitsbereiche sauberer gehalten werden.
Welche Vorteile bieten moderne Bearbeitungszentren mit fortschrittlicher Integration rotierender Achsen?
Sie ermöglichen komplexe Arbeiten an mehreren Flächen, ohne dass die Teile neu positioniert werden müssen, und schaffen so Möglichkeiten für eine effiziente und präzise Fertigung anspruchsvoller Komponenten wie Turbinenschaufeln.