Wie funktioniert die Automatisierung eines CNC-Bearbeitungszentrums?

Automatisierung in CNC-Bearbeitungszentren

Neben dem computergesteuerten numerischen Steuerungssystem gehören zu den wichtigsten automatisierten Komponenten eines Bearbeitungszentrums (BAZ) das Werkzeugmagazin, die mit einem automatischen Werkzeugwechselarm ausgestattete Werkzeugtransporteinrichtung, Indexier- und Drehtische für das Fräsen und Drehen sowie Werkstückpalettenwechsler.

Kernkomponenten eines Automatisierungssystems

Warum das CNC-System die Drehscheibe der Automatisierung ist

Das computergesteuerte (CNC) System bildet das Herzstück der Automatisierung von Bearbeitungszentren. Es kann zahlreiche andere Komponenten und Bearbeitungsparameter steuern, darunter:

• Spindeldrehzahl
• Verfahren von Linear- und Drehachsen
• Wechseln und Einlegen der entsprechenden Werkzeuge
• Wechseln und Zuführen von geklemmten Werkstückpaletten
• Hydraulik-, Elektro- und Kühlmittel-Schmierstoffversorgungsanlagen

Werkzeugmagazine und Werkzeugwechselvorrichtungen

In einem Werkzeugmagazin sind die für die Bearbeitung benötigten Werkzeuge bereits in Werkzeughaltern montiert. Ein Magazin kann aus linearen Zahnstangenanordnungen bestehen oder als Scheibenmagazin ausgeführt sein. Um Platz zu sparen, werden die Werkzeuge und ihre Halter – in der Regel Hohlkegelschaft-Halter – mit Schnappverbindungen in den Zahnstangen gelagert. Ein Werkzeugmagazin, das aus mehreren Schienenreihen oder mehreren Scheiben besteht, kann bis zu 200 Werkzeuge aufnehmen.

Ein automatischer Werkzeugwechselarm entnimmt ein Werkzeug aus dem Spindelkopf und setzt ein anderes Werkzeug ein. Das entnommene Werkzeug kann zur Aufbewahrung in das Magazin zurückgeführt oder bei Verschleiß aussortiert werden.

Grundlegende Abfolge beim automatischen Werkzeugwechsel

Der Ablauf des automatischen Werkzeugwechsels bei einem Linearroboter, der mit einem Doppelarm-Wechsler ausgestattet ist, umfasst in der Regel die folgenden Schritte:

1. Eine Werkzeugübergabevorrichtung, beispielsweise ein Linearroboter mit Greifer, entnimmt das neue Werkzeug aus dem Magazin und fährt zum automatischen Werkzeugwechselarm.
2. Ein Arm des Doppelarm-Wechslers nimmt das neue Werkzeug auf und bewegt sich zum Spindelkopf. Gleichzeitig entfernt der zweite Arm das alte Werkzeug vom Spindelkopf. Der Wechsler dreht sich dann und setzt das neue Werkzeug in den Spindelkopf ein.
3. Der andere Wechslerarm bringt das alte Werkzeug zurück zu einem belegten Werkzeuglagerplatz im Magazin.

Der Vorgang zum Entnehmen und Wechseln von Werkzeugen aus einem Scheibenmagazin verläuft ähnlich.

Wie ein 5-Achsen-Tisch die mehrseitige Bearbeitung erweitert

Ein CNC-Bearbeitungszentrum kann über fünf Achsen verfügen: drei Linearachsen (X, Y und Z) sowie eine A’-Neigungsachse und eine B’-Drehachse. Die B’-Achse kann Winkelbewegungen für die mehrseitige Bearbeitung oder kontinuierliche Drehbewegungen mit unterschiedlichen Drehzahlen ausführen. Diese Fähigkeit ermöglicht die Durchführung von Drehbearbeitungen auf einem Bearbeitungszentrum.

Die Arbeitsspindel kann vertikal oder horizontal angeordnet werden und lässt sich zudem um 90 Grad schwenken. Bei horizontaler Spindelausrichtung oder wenn die Bearbeitung von unterhalb des Werkstücks beginnt, fallen die Späne aus der Bearbeitungskammer heraus, und das Kühlschmiermittel kann ungehindert nach unten abfließen.

Ein Drehtisch oder Rundtisch, der eine einmalige Aufspannung für die fünfachsige Bearbeitung ermöglicht, ist ein wichtiges Element zur Verbesserung der Automatisierung und Produktivität. Er ermöglicht die fünfachsige Bearbeitung eines Werkstücks in einer einzigen Aufspannung. Die abgebildete Fünf-Seiten-Bearbeitung wird durch die Kombination eines Rundschalttisches mit einer Spindel realisiert, die sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Position bearbeiten kann. Dieser Ansatz vermeidet den Zeitaufwand durch wiederholtes Spannen und reduziert Positionierfehler, die durch mehrfache Rüstvorgänge entstehen.

Wie der Palettenwechsel die Effizienz der Durchlaufzeit verbessert

Die meisten Bearbeitungszentren sind mit einer Vorbereitungsstation für den Werkstückpalettenwechsel ausgestattet. An dieser Station wird ein fertig bearbeitetes Werkstück entriegelt, und ein qualifizierter Techniker legt einen neuen Rohling ein. Gleichzeitig durchläuft das vorherige Werkstück, das in die Bearbeitungsstation überführt wurde, gerade seinen Hauptbearbeitungszyklus.