Welche Arten von automatisierten Bearbeitungsmaschinen kommen in der Fertigung zum Einsatz?

Mit dem Fortschritt in der Fertigungstechnik haben höhere Grade der Prozessautomatisierung zu erheblichen Produktivitätssteigerungen geführt. Es wurden verschiedene Kategorien automatisierter Bearbeitungsmaschinen entwickelt, um unterschiedlichen Anforderungen hinsichtlich Produktionsleistung und Flexibilität gerecht zu werden.

1. Ein- und Mehrspindel-Drehautomaten sowie halbautomatische Drehmaschinen. Diese Maschinen nutzen die inhärenten Fähigkeiten automatischer oder halbautomatischer Einzelmaschinen, um verschiedene Bearbeitungsvorgänge an vielen Arten von Bauteilen durchzuführen. Maschinentyp und -größe sollten entsprechend den erforderlichen Prozessen, Arbeitsschritten und dem Zustand der Rohlinge ausgewählt werden. Die Steuerungsmethode sollte zudem die Anzahl der Produktvarianten, die Losgröße und die Häufigkeit der Umrüstungen berücksichtigen. Eine halbautomatische Maschine kann unter Umständen mit einer automatischen Be- und Entladung, einem Werkzeugmagazin und einem automatischen Werkzeugwechsler ausgestattet werden, um eine vollautomatische Produktion zu erreichen.
2. Spezial-Werkzeugmaschinen. Eine Spezialmaschine ist für einen bestimmten Arbeitsgang an einem bestimmten Werkstück ausgelegt, in der Regel auf der Grundlage einer detaillierten Prozessanalyse. Ihr Antriebssystem ist relativ einfach, und die Spannvorrichtung ist eng in die Maschinenstruktur integriert. Die Steifigkeit ist im Allgemeinen besser als bei einer Universalmaschine. Da Konstrukteure weniger Einschränkungen unterliegen, können Automatisierungsanforderungen umfassend berücksichtigt werden. Der Nachteil besteht darin, dass neu entwickelte Komponenten unter Umständen umfangreiche Anpassungen erfordern. Die hohen Kosten lassen sich bei Einzel- oder Kleinserienfertigung nur schwer rechtfertigen, sodass diese Maschinen am wirtschaftlichsten sind, wenn das Produktdesign stabil ist und hohe Stückzahlen anfallen.
3. Modulare Werkzeugmaschinen. Etwa 70% bis 90% ihrer Komponenten sind standardisiert, was die Konstruktions- und Fertigungszeit verkürzt und eine teilweise oder vollständige Neukonfiguration ermöglicht. Eine modulare Maschine ist für ein bestimmtes Werkstück ausgelegt und kann einen optimierten Prozessplan nutzen. Sie unterstützt die Arbeitskonzentration, die simultane Mehrflächen- und Mehrwerkzeugbearbeitung sowie die Mehrspindelbearbeitung mehrerer Bohrungen in einer Aufspannung. Diese Fähigkeiten verbessern die Produktivität, die Positionsgenauigkeit und die Produktqualität und reduzieren gleichzeitig den Handhabungsaufwand zwischen den Arbeitsschritten. Standardkomponenten vereinfachen die Wartung und senken die Kosten. Zu den typischen Anwendungen zählen Bohren, Senken, Ausbohren, Reiben, Planfräsen sowie Innen- und Außengewindeschneiden und Planfräsen an Gehäusen, Schalen und unregelmäßigen Werkstücken. Maschinen mit Revolverkopf-Antriebsköpfen oder austauschbaren Spindelköpfen eignen sich zudem für die Fertigung mittlerer Stückzahlen.
4. NC- und CNC-Werkzeugmaschinen. Eine numerisch gesteuerte (NC) Maschine nutzt digitale Signale zur Steuerung ihrer Bewegungen und folgt automatisch einem vorgegebenen Programm, einer vorgegebenen Geschwindigkeit und einer vorgegebenen Bahn. Moderne Maschinen verwenden in der Regel eine computergesteuerte numerische Steuerung (CNC). Das Quellprogramm, einschließlich Maschinenvorgängen, Prozessparametern und Maßkontrollen, kann direkt in einen programmierbaren Computer eingegeben werden, der die Maschine steuert. Bei einem Produktwechsel muss der Bediener in der Regel nur das neue Werkstück einlegen, die Werkzeuge wechseln und das CNC-Programm austauschen. CNC-Maschinen eignen sich für Einzelstücke, kleine und mittlere Losgrößen sowie komplexe Teile und können auch in der Massenproduktion eingesetzt werden. Sie steigern die Produktivität, reduzieren den Arbeitsaufwand, reagieren schnell auf Konstruktionsänderungen, gewährleisten eine gleichbleibende Genauigkeit und können Teil eines flexiblen Fertigungssystems oder einer flexiblen automatisierten Fertigungslinie sein.
   
5. Bearbeitungszentren. Ein Bearbeitungszentrum (MC) ist eine Mehrfachbearbeitungsmaschine vom Typ CNC, die mit einem Werkzeugmagazin und einem automatischen Werkzeugwechsler ausgestattet ist. Nach einer einzigen Einrichtung kann es zwei oder mehr Oberflächen automatisch fräsen, bohren, lochen und reiben. Durch die Bündelung der Bearbeitungsvorgänge lassen sich wiederholte Rüstvorgänge, Maschineneinstellungen, der Werkstücktransport, Wartezeiten und einrichtungsbedingte Fehler reduzieren. Zu den Kategorien gehören Fräs- und Bohrzentren, Drehzentren, Schleifzentren, Stanzzentren sowie Mehrspindelzentren mit automatisch austauschbaren Spindelköpfen. Bearbeitungszentren eignen sich für komplexe, anspruchsvolle Werkstücke, für deren Bearbeitung andernfalls mehrere konventionelle Maschinen, Werkzeuge, Vorrichtungen, Rüstvorgänge und Einstellvorgänge erforderlich wären. Sie unterstützen zudem die Mischfertigung einfacherer Werkstücke, die in Gruppen auf Paletten montiert sind. Aufgrund ihrer Flexibilität sind sie zentrale Komponenten in flexiblen Fertigungssystemen.
6. Flexible Fertigungszellen. Eine flexible Fertigungszelle (FMC) kombiniert in der Regel ein bis drei CNC-Maschinen mit Materialhandhabungsanlagen. Sie umfasst ein Werkzeugmagazin, eine Werkstücklagerstation und eine Zellensteuerung. Die Maschinen können Teile automatisch be- und entladen, Werkzeuge wechseln, die Bearbeitungsgenauigkeit prüfen und den Werkzeugverschleiß überwachen. Eine FMC kann eine begrenzte Abfolge von Arbeitsschritten kontinuierlich ausführen und eignet sich gut für kleine und mittlere Losgrößen.
7. Automatisierte Bearbeitungslinien. Eine automatisierte Fertigungslinie verbindet eine Gruppe von automatischen Werkzeugmaschinen und Hilfsvorrichtungen in der Reihenfolge der Bearbeitungsschritte über ein Werkstücktransfersystem und eine Steuerung. Die Werkstücke durchlaufen automatisch jede Station in einem festgelegten Produktionstakt und durchlaufen dabei den gesamten oder einen Teil des erforderlichen Bearbeitungsprozesses. In diesen Linien können Universal-, Spezial- oder modulare Werkzeugmaschinen zum Einsatz kommen. Sie gewährleisten eine gleichbleibende Qualität, hohe Produktivität und einen geringeren Arbeitsaufwand; da das Werkstück jedoch in der Regel unverändert bleibt oder nur geringfügig verändert wird, eignen sie sich vor allem für die Massenproduktion.