Verringerung der Durchlaufzeiten, Zunahme an Qualität, Steigerung der Produktivität, Bearbeitung innovativer Werkstoffe bis hin zur Erhöhung der Prozesssicherheit sind heutzutage gängige Anforderungen der industriellen Produktion beziehungsweise der Fertigungstechnik im Allgemeinen. Moderne Werkzeugmaschinen müssen sich mehr denn je an diesen messen lassen, um das Ziel einer hochwertigen, wirtschaftlichen und ferner auch flexiblen Fertigung realisieren
zu können.
Gerade unter diesen Gesichtspunkten kristallisiert sich die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (im Folgenden HSC) zu einem der großen Trends in der Zerspanung heraus. Insbesondere im Fertigungsverfahren Fräsen dreht sich hierbei alles um hohe Zeitspanvolumina, den damit verbundenen verkürzten Fertigungszeiten,
um verlängerte Werkzeugstandzeiten bei gleichzeitig hohen Maß- und
Oberflächengenauigkeiten.
Dabei ermöglicht HSC die Komplettbearbeitung aller Werkstück-dimensionen, von z.B. Formen oder Gesenken, vom Vorschruppen bis hin zur Finishbearbeitung in einer einzigen Aufspannung. Demzufolge stellt es nicht nur ein bloßes Anwendungsverfahren im Bereich Fräsen dar, sondern kann vielmehr als Prozesskette gesehen werden, in der sämtliche Faktoren aufeinander abgestimmt sein müssen.
Die Grundlage für die HSC-Anwendung sind neue Maschinenkonzepte mit leistungsstarken und extrem schnellen Komponenten in einem, eben auch als ganzheitlich betrachteten Fertigungsprozess.
Im Rahmen der Hausarbeit soll zuerst auf die Definition, seine Integration in die Prozesskette und den dadurch resultierenden Vorteilen der HSC-Bearbeitung eingegangen werden.
Das Konzept des HSC-Bearbeitungszentrums und die Einflussfaktoren auf eine erfolgreiche HSC-Anwendung stehen im Fokus dieser Arbeit. In diesem Kontext wird sich exemplarisch auf die Ausführungen der HSC-Bearbeitungszentren der DECKEL MAHO Seebach GmbH bezogen. Die Bedeutung und eine beispielhafte Anwendung des HSC innerhalb einer Automatisierungslösung soll danach vorgestellt werden. Darauf aufbauend lassen sich die Möglichkeiten, sowie Grenzen von HSC festhalten und bewerten.
Die gegenwärtigen Branchen und zukünftigen Aussichten dieser Technologie schließen die Arbeit ab.
Auf einen Blick
- Note: 1,7
- Maschinenkonzept und Automationslösung am Beispiel des Bearbeitungszentrums HSC 55 linear
- Herstellervergleich zweier baugleicher Maschinen mit unterschiedlichen Antriebstechnologien
- 15 Quellen im Literaturverzeichnis
- 5 Abbildungen
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und methodischer Aufbau der Thematik
2 Definition und sich ergebende Vorteile des High-Speed-Cuttings
3 Einflussfaktoren auf die HSC-Bearbeitung
3.1 CAD/CAM – Daten und CNC-Steuerung
3.2 Bediener und Frässtrategie
3.3 Maschine
3.4 Antriebe
3.5 Spindel und Werkzeugaufnahme
4 Automation
4.1 Bedeutung bei HSC - Anwendungen
4.2 Beispielhafte Automationslösung
5 Möglichkeiten und Grenzen der HSC - Bearbeitung
6 HSC in Gegenwart und Zukunft
6.1 Aktuelle Branchen der HSC - Bearbeitung
6.2 Zu erwartende Entwicklung des HSC
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit erläutert die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und untersucht, welche technischen und organisatorischen Faktoren für ihren erfolgreichen Einsatz zusammenwirken. Im Mittelpunkt stehen das Konzept von HSC-Bearbeitungszentren, ihre Automatisierung sowie die Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens.
- Definition und Einbindung der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung in die Prozesskette
- Einfluss von CAD/CAM-Daten, Steuerung und Frässtrategie
- Maschinenkonzept, Antriebe, Spindel und Werkzeugaufnahme
- Automatisierung am Beispiel einer flexiblen Fertigungszelle
- Anwendungsbereiche und Entwicklungsperspektiven
Auszug aus dem Buch
3.1 CAD/CAM – Daten und CNC-Steuerung
Der erste zu behandelnde Einflussfaktor auf das Endergebnis der HSC - Bearbeitung lässt sich schon bei Beginn des Fertigungsprozess finden. So sind qualitativ hochwertige CAD/CAM - Daten eine unabdingbare Vorraussetzung für HSC. Schlechte Geometriedaten führen zu unerwünschten Richtungsänderungen des Werkzeugs innerhalb der programmierten Bahnen, sowie zu einem deplacierten Abbremsen und Beschleunigen des Vorschubs. Die Folgen daraus können mit Vibrationen, erhöhter Maschinenbeanspruchung, schlechten Werkstückoberflächen, verkürzten Werkzeugstandzeiten bis hin zu längeren Bearbeitungszeiten zusammengefasst werden. (vgl. Tschätsch et al. 2008: 305)
Die Ursachen für schlechte Geometriedaten reichen von illegalen Kopien von CAD/CAM- Software, über schlechte Transformation der CAD - Daten zu Bahnpunkten im CAM - System, inkompatible CAD- bzw. CAM - Systeme bis hin zu schlichten Konstruktionsfehlern z.B. einfach nur durch die Verwendung zu großer Toleranzen.
Zur Sicherstellung für die Programmierung brauchbarer Daten wird der NC-Programmierer heutzutage durch ausgereifte Programmiersysteme unterstützt. Diese bieten neben der optimalen Schnittstelle zur CAD-Daten-Verarbeitung, der Werkzeugorganisation, der Programm-Verwaltung, auch automatisch Vorschläge zur Bearbeitungsabfolge bzw. zu verwendenden Technologie mit den dazugehörigen Zyklen auf Basis der CAD-Daten an. So sollte ein zeitgemäßes Programmiersystem selbstständig geeignete Werkzeuge auswählen und Drehzahl, Schnittgeschwindigkeit, Vorschub, Schnitttiefe, etc. für die Bearbeitung vorgeben. Des weiteren beinhalten marktübliche Systeme die Möglichkeit der Simulation, sowie der Kollisionsüberwachung von den fertigen NC-Programmen und entsprechende Postprozessoren zur Anpassung selbiger Programme an die spezifische Maschinensteuerung.
Doch nicht nur die CAD/CAM - Daten an sich sind ausschlaggebend für das Ergebnis der Bearbeitung. Auch die Verarbeitung von geeigneten CAM-Daten durch die Steuerung ist bestimmend für das Resultat. Da bei der HSC-Bearbeitung hauptsächlich komplizierte Frästeile anfallen und infolgedessen die Möglichkeit der 5-Achsbearbeitung gegeben sein muss, kommen nur 3D-Bahnsteuerungen zum Einsatz, die 5 Achsen zeitgleich bzw. simultan miteinander interpolieren können. (vgl. Richter 2009: 24) Aufgrund der hohen Vorschubsgeschwindigkeiten bei HSC ist es zudem notwendig, dass die Steuerung möglichst kurze Blockverarbeitungszeiten hat, damit der Bearbeitungsprozess nicht ins „Stocken“ gerät und flüssig ablaufen kann. Als groben Anhaltspunkt sollte sie ca. 100 NC-Sätze pro Sekunde verarbeiten können, da die zur Verfügung stehenden Zeiten zum Einlesen und Bereitstellen der Sätze äußerst kurz sind. (vgl. Kief 2007: 120)
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung und methodischer Aufbau der Thematik: Die Einleitung stellt Anforderungen an die moderne Fertigung vor und erläutert den Aufbau der Arbeit. Sie führt die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung als abgestimmte Prozesskette ein.
2 Definition und sich ergebende Vorteile des High-Speed-Cuttings: Das Kapitel definiert die Hochgeschwindigkeitsbearbeitung anhand von Schnitt- und Vorschubgeschwindigkeiten. Es beschreibt ihre Auswirkungen auf Fertigungsschritte und Prozesszeiten.
3 Einflussfaktoren auf die HSC-Bearbeitung: Behandelt werden CAD/CAM-Daten, Steuerung, Bedienung und Frässtrategie sowie Maschinenkonzept, Antriebe und Spindelsystem. Als Beispiel dient ein Bearbeitungszentrum von DECKEL MAHO Seebach.
4 Automation: Das Kapitel erörtert Voraussetzungen und wirtschaftliche Gesichtspunkte der Automatisierung. Eine flexible Fertigungszelle mit Werkzeug- und Werkstückspeicher veranschaulicht eine mögliche Umsetzung.
5 Möglichkeiten und Grenzen der HSC - Bearbeitung: Die Arbeit stellt technische und wirtschaftliche Möglichkeiten den Grenzen des Verfahrens gegenüber. Dazu gehören unter anderem Werkzeugbelastung, Wartung, Sicherheitsanforderungen und die Abstimmung der Prozesskomponenten.
6 HSC in Gegenwart und Zukunft: Abschließend werden Branchen und typische Anwendungsfälle vorgestellt. Darüber hinaus diskutiert die Arbeit mögliche Entwicklungen bei Werkzeugen, Automatisierung, Energieeffizienz und Maschinenkonzepten.
Schlüsselwörter
Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, HSC-Bearbeitungszentrum, Zerspanung, Frässtrategie, CAD/CAM, CNC-Steuerung, Linearantrieb, Spindel, Werkzeugaufnahme, Automatisierung, Fertigungszelle, Prozesssicherheit, Werkzeug- und Formenbau, Parallelkinematik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit?
Die Arbeit beschäftigt sich mit der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung und den Faktoren, die den Einsatz von HSC-Bearbeitungszentren beeinflussen.
Welche Themenfelder stehen im Mittelpunkt?
Im Mittelpunkt stehen die Fertigungsprozesskette, Maschinenkomponenten, Daten und Steuerung, Frässtrategien, Automatisierung sowie Anwendungsgebiete und Entwicklungsperspektiven.
Welches Ziel verfolgt die Arbeit?
Sie soll das Konzept eines HSC-Bearbeitungszentrums und die Einflussfaktoren einer erfolgreichen Anwendung erläutern sowie Möglichkeiten und Grenzen des Verfahrens betrachten.
Wie geht die Arbeit methodisch vor?
Sie wertet Fachliteratur und Herstellerunterlagen aus und erläutert technische Zusammenhänge anhand eines beispielhaften Bearbeitungszentrums und einer Automationslösung.
Was behandelt der Hauptteil?
Der Hauptteil beschreibt die Anforderungen an CAD/CAM-Daten, Steuerung, Frässtrategie und Maschinenkomponenten. Anschließend betrachtet er die Automatisierung und die Einsatzgrenzen der Technologie.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Hochgeschwindigkeitsbearbeitung, HSC-Bearbeitungszentrum, CAD/CAM, CNC-Steuerung, Frässtrategie, Linearantrieb und Automatisierung.
Welches Bearbeitungszentrum dient als Beispiel?
Die Arbeit betrachtet das Bearbeitungszentrum HSC 55 linear der DECKEL MAHO Seebach GmbH und erläutert daran unter anderem Maschinenkonzept und Automatisierung.
Wie ist die beispielhafte Automationslösung ausgestattet?
Vorgestellt wird eine Erweiterung mit einem Werkzeugturm für 120 Werkzeuge und einem Palettenturmspeicher mit 20 Plätzen für Werkstücke.
Welche Rolle spielt die Parallelkinematik?
Sie wird als mögliches zukünftiges Maschinenkonzept diskutiert, bei dem die Arbeitsspindel durch Stangen im Arbeitsraum bewegt wird. Die Arbeit spricht dabei auch die Herausforderungen der Kalibrierung und Steuerung an.
- Quote paper
- Matthias Scheja (Author), 2010, Hochgeschwindigkeitsbearbeitung - Bearbeitungszentren und ihre Einflussfaktoren, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/160725
