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Drehen - Drehen Bearbeitung

Drehzellen und Drehzentren

Flexibel und produktiv zugleich

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 218 – 220

In der modernen Fertigung sind hohe Produktivität zur Fertigung von Massenprodukten in hohen Stückzahlen auf der einen Seite bei gleichzeitig maximaler Flexibilität auf der anderen Seite gefordert. Nur so lassen sich wirtschaftlich möglichst viele Produktvarianten realisieren. Beide Forderungen lassen im Allgemeinen nicht unter einen Hut bringen.

Zwischen flexibler Einzelfertigung und hochproduktiver Massenfertigung

Der technische Forschritt führte in den letzten Dekaden neben der Nachfrage nach Produkten mit hohen Stückzahlen ebenfalls zu immer kürzer werdenden Produktlebenszyklen. Neben der Forderung nach Produkten mit hochkomplexen Werkstückgeometrien nimmt gleichzeitig auch die Variantenvielfalt ständig zu. Durch gestiegene Kundenansprüche bezüglich der Qualität und des Innovationsgrades werden diese hochkomplexen, variantenreichen Produkte in immer schnelleren Zyklen an den Stand der Entwicklung angepasst. Diesen Herausforderungen müssen sich auch die Hersteller von Fertigungseinrichtungen stellen. Um die genannten Anforderungen zu erfüllen, müssten von Fertigungssystemen zwei Grundsätze erfüllt werden: Hohe Produktivität zur Fertigung von Massenprodukten in hohen Stückzahlen auf der einen Seite bei gleichzeitig maximaler Flexibilität auf der anderen Seite, um möglichst viele Varianten realisieren zu können. Jedoch sind diese beiden Grundsätze im Allgemeinen nicht mit einander vereinbar. Eine hocheffiziente, produktive Fer tigung mit kurzen Taktzeiten wird erreicht, indem der Aufwand für die Umrüstung der Maschine durch Werkzeug- oder Werkstückwechsel minimiert wird. Eine flexible Fertigung zeichnet sich dadurch aus, dass Maschinen, Werkzeuge und Komponenten stets an das aktuelle Produktspektrum adaptiert und konfiguriert werden. Der Aufwand zur Umrüstung und Konfiguration der Maschine geht zu Lasten der Produktivität. Dadurch ergibt sich ein konträrer Zusammenhang zwischen der Forderung nach hoher Produktivität und gleichzeitig maximaler Flexibilität.

Bei der Drehbearbeitung von Werkstücken mit kleiner bis mittlerer Losgröße kann dieser Konflikt durch den Einsatz von Drehzellen und Drehzentren bei geeigneter Anwendung aufgelöst werden. Eine Kategorisierung dieser Maschinenarten wird in Abbildung 5.114 vorgenommen.

Abb. 5.114: Einordnung der Drehzellen nach Rüstzeiten und Losgrößen

Rüstzeiten als Kriterium

Als Beurteilungsgrößen für die Produktivität und Flexibilität werden die Losgröße und Stückzahl beziehungsweise die Rüstzeit der Maschine herangezogen. Universaldrehmaschinen werden für die Einzelteil- und Kleinserienfertigung eingesetzt. Den Kosten für das Umrüsten wird nur geringe Bedeutung beigemessen. Die Investitionskosten für derartige Maschinen sind als eher gering anzusetzen. Drehautomaten für die Produktion werden für die Massenfertigung bei sehr großen Losgrößen und geringen Taktzeiten eingesetzt. Sehr oft kommen Sonderwerkzeuge zum Stechen und Kombinationswerkzeuge mit mehreren Schneiden zum Einsatz. Bei dieser Art von Maschinen steht die möglichst gleiche Ausnutzung aller im Prozess beteiligten Einzelspindeln im Fokus. Sehr oft werden dazu die Technologiedaten, wie die Schnittgeschwindigkeit, die Zustellung und der Vorschub nach Standzeiten angepasst, um den Wechsel der Schneiden zu synchronisieren und die Anzahl der Werkzeugwechsel zu minimieren. Trotzdem nimmt das Umrüsten der Werkzeuge in der Regel immer noch viel Zeit in Anspruch. Der Einsatz von Drehzentren hat das Ziel sowohl das einfache schnelle Rüsten bzw. Einrichten als auch die kostengünstige Herstellung von mittleren Losgrößen mit Hilfe von kombinierter Dreh-, Fräs- und Bohrtechnologie zu erfüllen. Dies wird durch die zentrale Stellung in Abbildung 5.114 deutlich.

Maschineneigenschaften und Definitionen

In Abbildung 5.115 ist die historische Entwicklung von Technologiemodulen in Drehzentren dargestellt. Die Entstehung der Komplettbearbeitung führte zur Integration von Bohr-, Fräs-, Schleif-, Gewindeschneid-, Rollier- und Wirbelprozessen, wobei vermehrt auf Spezialwerkzeuge verzichtet wird. Anstatt spezielle angewinkelte Bohr- und Fräshalter einzusetzen, erwartet der Anwender im modernen Produktionsprozess Drehzentren, die mit Standardwerkzeugen diese Spezialfunktionen erfüllen können.

Abb. 5.115: Entwicklung und Einsatz von Technologiemodulen auf Drehzentren

Seit Einführung der CNC-Steuerung und der Reduktion mechanischer Getriebe und Kupplungen durch geregelte und gekoppelte Antriebe sowie durch den Einsatz einheitlicher Hardware- und Softwarestrukturen bei spanenden Werkzeugmaschinen kann der Trend zur Mehrtechnologiemaschine mit der Integration unterschiedlicher Technologien festgestellt werden, was schematisch in Abbildung 5.116 dargestellt ist.

Abb. 5.116: Fertigungskette mit getrennten Prozessen und Fertigungskette mit integrierten Prozessen

Kürzere Durchlaufzeiten

Während früher die klassische Fertigungskette und eine fertigungstechnisch orientierte Arbeitsabfolge vorherrschten, so werden heutzutage teileorientierte Fertigungsinseln bevorzugt. Wurde einst die Durchlaufzeit bei der Fertigung mit getrennten Prozessen durch die Durchlaufzeit der Einzelprozesse bzw. die Wartezeit an den jeweiligen Maschinen bestimmt, so wird bei modernen Drehzentren mit integrierten Prozessen die Durchlaufzeit nur noch durch die Maschinenzeit, d. h. durch die Haupt- und Nebenzeit des Drehzentrums bestimmt. Insbesondere bei kleinen Stückzahlen hat dieser Trend den betriebswirtschaftlichen Vorteil der Reduktion der Durchlaufzeit bei gleichzeitig reduzierten Beständen. Damit lässt sich mit Drehzentren für geringe bis mittlere Losgrößen eine hohe Produktivität mit hoher Flexibilität kombinieren. Wird die Komplettbearbeitung auf einer Drehmaschine durchgeführt, so spricht man von einem Drehzentrum.

Eine Produktionsmaschine mit integriertem Werkzeugspeicher wird als Werkzeugmaschinenzentrum bezeichnet. Im Allgemeinen wird eine Fertigungseinrichtung dann als Fertigungszelle bezeichnet, wenn die Maschine mit einem Werkzeug- und Werkstückspeicher kombiniert wird. Werden mehrere Drehzentren zu einer Station kombiniert, so wird dies in manchen Literaturen ebenfalls als Drehzelle bezeichnet. Drehzellen schließen einen automatisierten Werkzeugwechsel und Werkstückfluss zwischen den einzelnen Maschinen ein. Weitere Merkmale von Drehzentren und -zellen zur Komplettbearbeitung sind integrierte Mess- und Diagnosesysteme beispielsweise zur Kontrolle der Bearbeitungsqualität oder zur Werkzeugbruchkontrolle. In Abbildung 5.117 sind typische Anwendungsbereiche derartiger Maschinenkonzepte dargestellt.

Abb. 5.117: Auszug aus dem Bauteilspektrum moderner Drehzentren: Verzahnungen, Exzenter-Fräsen und komplexe Freiformflächen durch 5-Achseninterpolation

Auszug aus

Handbuch Spanen

Herausgeber: Günter Spur
10/2014, 1392 Seiten, € 299,99
ISBN: 978-3-446-42826-3
Seite 218 – 220
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