Sind Fertigungstoleranzen bei Präzisionsteilen schwer zu kontrollieren? Eine Analyse, wie 5-Achsen-Dreh-Fräs-Kombinationsmaschinen diese Herausforderung meistern

Im Bereich der Präzisionsbearbeitung gilt die Fertigung komplexer Bauteile seit jeher als eine der größten Herausforderungen der Branche. Lange Zeit war für die Bearbeitung solcher Teile eine Arbeitsteilung unter Einsatz zahlreicher Maschinen wie Dreh-, Fräs- und Bohrmaschinen erforderlich. Mit den ständig steigenden Anforderungen der Branche an Präzision und Effizienz treten die Schwachstellen der traditionellen Bearbeitungsmodelle immer deutlicher zutage. Zahlreiche kleine und mittlere Fertigungsunternehmen befinden sich in der Zwickmühle, dass “hohe Investitionen in Maschinen und Personal erforderlich sind, während sich die Produktionskapazität und Präzision nur langsam verbessern”, doch integrierte 5-Achsen-Kombinationsmaschinen zum Drehen und Fräsen bieten einen völlig neuen Lösungsansatz für diese bereits aufgetretenen Probleme.

Die drei größten Probleme bei der traditionellen, in mehrere Arbeitsschritte unterteilten Fertigung

Im traditionellen Verfahren folgt die Bearbeitung komplexer Bauteile einem klar festgelegten Arbeitsablauf: Das Werkstück wird zunächst auf einer Drehmaschine grundbearbeitet, anschließend zerlegt, flachgelegt und transportiert, um an der Fräsmaschine die Fräsbearbeitung durchzuführen; anschließend durchläuft es in der entsprechenden Reihenfolge nacheinander die Bohrmaschine und die Gewindeschneidmaschine, um die verbleibenden Arbeitsschritte abzuschließen. Ein solcher Prozess erscheint auf den ersten Blick klar und eindeutig aufgeteilt, doch in der Praxis gibt es drei Probleme, die sich kaum vermeiden lassen: Interpunktion.

Hohes Risiko einer Fehlerakkumulation

Jedes Mal, wenn eine Demontage erfolgt, gefolgt von einer erneuten Einspannung und Ausrichtung, führt dieser Vorgang zu neuen Abweichungen bei der Positionierung. Bei Präzisionsteilen mit strengen Toleranzanforderungen summieren sich die in den einzelnen Arbeitsschritten entstandenen Abweichungen nach mehreren Bearbeitungsschritten, sodass die festgelegten Maßtoleranzen leicht überschritten werden können. Dies führt nicht nur zu einer Verringerung der Ausschussquote des Endprodukts, sondern erschwert es auch, die Maßkonsistenz der Teile einer Charge zu gewährleisten.

ProduktionseffizienzHoher Verlust

Der Transport der Werkstücke zwischen den Arbeitsschritten, die Einrichtung der Maschinen sowie die Nachjustierung – all dies fällt unter die nicht produktiven Wartezeiten. Bei der Serienfertigung verstärken sich die durch die Verknüpfung mehrerer Arbeitsschritte entstehenden Warteverluste, und der Anteil der effektiven Bearbeitungszeit an der Gesamtzeit ist relativ gering, was eine weitere Verkürzung des Produktionszyklus erschwert.

Hohe Kosten für den Ressourceneinsatz

Erstens gibt es eine komplette Produktionslinie für die Bearbeitung komplexer Bauteile, die in der Regel mit vier bis fünf Maschinen mit unterschiedlichen Funktionen ausgestattet sein muss, zu denen auch entsprechendes Bedienpersonal gehört, und die zudem viel Platz in der Produktionshalle beansprucht. Zweitens sind die Einstiegshürden für kleine und mittlere Unternehmen bei solchen Investitionen relativ hoch, sodass sie bei Produktionserweiterungen und Modernisierungen unter großem Druck stehen.

„Bearbeitung des gesamten Arbeitsablaufs in einer Aufspannung“: Der Kernwert von Kombinationsmaschinen

Das Kernkonzept einer fünfachsigen Dreh-Fräs-Kombinationsmaschine besteht darin, den Arbeitsablauf durch Maschinenintegration zu ersetzen und verschiedene Bearbeitungsfunktionen wie Drehen, Fräsen, Bohren und Gewindeschneiden in einer einzigen Maschine zu vereinen, um so eine Arbeitsweise nach dem Prinzip „einmalige Aufspannung, Bearbeitung aller Arbeitsschritte“ zu erreichen.

Nachdem das Werkstück zum ersten Mal eingespannt und positioniert wurde, muss es weder demontiert und transportiert noch wiederholt neu ausgerichtet werden; die Anlage kann den gesamten Bearbeitungsprozess gemäß dem voreingestellten Programm nacheinander abarbeiten. Dieses Verfahren verhindert von Grund auf die Kumulierung von Fehlern, die durch wiederholtes Einspannen entstehen, und verbessert so deutlich die Maßhaltigkeit sowie die Bearbeitungsqualität der Teile einer Charge; gleichzeitig entfallen die Leerlaufzeiten, die durch Wartezeiten beim Transport zwischen den Arbeitsschritten entstehen, wodurch die Produktionskontinuität und die Gesamteffizienz deutlich gesteigert werden.

Eine stabile Verarbeitungsleistung ist untrennbar mit der Hardwareausstattung verbunden.

Integrierte Bearbeitungsfähigkeiten erfordern eine solide Hardwareausstattung als Grundlage. JinJing Intelligent ist ein typischer Vertreter dieser Art von Anlagen; deren Hardware-Design ist ganz auf die Anforderungen einer hochpräzisen und hochsteifen Bearbeitung ausgelegt.

Die Fräsachse ist mit einem hochpräzisen HSK-T63-Werkzeugaufnahmefutter sowie einer Hochgeschwindigkeits-Elektrospindel ausgestattet, deren maximale Drehzahl 12.000 U/min erreicht. Sie gewährleistet einen stabilen Betrieb sowohl beim Feinfräsen kleiner Präzisionsteile als auch beim Schwerzerspanen großformatiger Werkstücke. Im Drehbereich kommt eine dreifache Zahnscheiben-Spannvorrichtung zum Einsatz, die eine sehr hohe Positioniersteifigkeit gewährleistet. Bei der Bearbeitung von harten Werkstoffen wie Stahl sind die Vibrationen des Maschinenkörpers minimal, wodurch die Oberflächengüte des Werkstücks effektiv gewährleistet wird.

Die B-Achse, die den Kern der Fünf-Achsen-Funktionalität bildet, ist mit einem Drehmomentmotor mit hohem Drehmoment, einem hochpräzisen Encoder sowie einer pneumatischen Spannvorrichtung ausgestattet und zeichnet sich durch eine hohe Winkelteilungsgenauigkeit aus. und verfügt über eine hohe Steifigkeit des Maschinenkörpers. Dadurch lassen sich komplexe schräge und gekrümmte Oberflächen in einem Arbeitsgang bearbeiten, ohne dass zusätzliche Anpassungen des Spannwinkels erforderlich sind. Das Werkzeugmagazin bietet flexible Konfigurationsmöglichkeiten: Je nach Werkstücktyp und Komplexität des Bearbeitungsvorgangs kann zwischen einem Kettenmagazin mit 40 Plätzen oder einem Schirmmagazin mit 24 Plätzen gewählt werden, um unterschiedlichen Produktionsanforderungen gerecht zu werden.

Ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Leistung und Preis-Leistungs-Verhältnis, zugeschnitten auf die Modernisierungsanforderungen kleiner und mittlerer Unternehmen

In der Vergangenheit waren die Anschaffungskosten für hochwertige 5-Achsen-Kombinationsbearbeitungsmaschinen über einen langen Zeitraum hinweg relativ hoch; die Investitionen beliefen sich auf mehrere Millionen Yuan, was viele kleine und mittlere Unternehmen abschreckte, sodass fortschrittliche Bearbeitungstechnologien nur schwer in einem breiteren Produktionsspektrum zum Einsatz kamen.

Dieses pragmatisch ausgerichtete Modell zielt – unter der Voraussetzung einer zuverlässigen Hardwareausstattung und hoher Bearbeitungspräzision – auf die konkreten Produktionsanforderungen kleiner und mittlerer Fertigungsunternehmen ab und senkt die Einstiegshürden für den Einsatz der fünfachsigen Kombinationsbearbeitung erheblich. Eine einzige Maschine kann herkömmliche Mehrprozess-Fertigungslinien ersetzen, wodurch sich sowohl die Gesamtzahl der anzuschaffenden Anlagen als auch der Platzbedarf in der Produktion verringert. Gleichzeitig sinkt der Personalbedarf, was Unternehmen dabei hilft, ihre langfristigen Betriebskosten zu kontrollieren. Damit stellt sie für kleine und mittlere Unternehmen eine äußerst geeignete Modernisierungsoption zur Steigerung ihrer Präzisionsbearbeitungskapazitäten dar.

Derzeit vollzieht die Fertigungsindustrie einen kontinuierlichen Wandel hin zu Intensivierung, höherer Präzision und höherer Effizienz. Die fünfachsige Dreh-Fräs-Kombinationsmaschine ist genau die Bearbeitungsmaschine, die diesem Trend entspricht. Sie definiert die Bearbeitungslogik komplexer Bauteile neu und beseitigen zahlreiche Probleme bei der koordinierten Bearbeitung mit mehreren Maschinen und treiben zudem die Verbreitung der fünfachsigen Bearbeitungstechnologie in immer mehr Fertigungsszenarien voran. Sie sind eine wichtige Ausrüstungsoption für kleine und mittlere Fertigungsunternehmen, um ihre Produktionsmodelle zu modernisieren und ihre Wettbewerbsfähigkeit auf dem Markt zu steigern.