Vertikal-Bearbeitungszentren sind an sich eine Art von Bearbeitungszentrum. Grob gesagt gibt es zwei weitere Arten: Horizontal-Bearbeitungszentren und Portal-Bearbeitungszentren. Vertikale Zentren gehören jedoch aufgrund ihrer zahlreichen Vorteile zu den am häufigsten eingesetzten und verbreitetsten Maschinen. Daraus ist eine Vielzahl von Modellen entstanden, die auf jeden industriellen Bedarf in Fabriken und metallverarbeitenden Werkstätten zugeschnitten sind.
Heute ist das CNC-Vertikal-Bearbeitungszentrum die verbreitetste Bauart (CNC: computergestützte numerische Steuerung). Es zeichnet sich durch einen vollständig automatisierten Betrieb aus: Erforderlich ist lediglich die Programmierung von Codes, die den Koordinaten entsprechen, denen das Werkzeug folgen muss, um die gewünschten Bearbeitungen an einem Werkstück auszuführen.
Allgemeine Merkmale eines Vertikal-Bearbeitungszentrums
Wie bereits erwähnt, gibt es Vertikal-Bearbeitungszentren in unzähligen Ausführungen, die auf vielfältige Bearbeitungsanforderungen in unterschiedlichen Branchen ausgelegt sind (zum Beispiel in der Automobilindustrie). Die allgemeinen Merkmale sind bei allen Modellen jedoch im Wesentlichen gleich:
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Vertikale Spindel |
Das Hauptmerkmal ist, dass sich der Spindelkopf im oberen Teil der Maschine befindet und vertikal verfährt. Das Werkstück wird also von oben bearbeitet. |
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CNC-Automatisierung |
An der Außenseite der Maschine befindet sich ein Bildschirm mit durchdacht angeordneten Tasten, die die Programmierung numerischer Codes, Koordinaten oder Anweisungen erleichtern. Diese werden von einem Rechner verarbeitet, der die nötigen Werkzeugbewegungen ausführt, bis das gewünschte Ergebnis am Werkstück erreicht ist. Bei korrekt programmierten Codes ist menschliches Versagen praktisch ausgeschlossen, und an den verschiedenen Flächen des Werkstücks wird eine millimetergenaue Präzision erreicht. |
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Mehrere Achsen |
Vertikal-Bearbeitungszentren werden laufend weiterentwickelt, und heute gibt es Mehrachsmodelle, die das Werkstück aus verschiedenen Winkeln bearbeiten und so komplexere Formen und Geometrien ermöglichen. Diese Achsen können im Spindelkopf und/oder im Arbeitstisch untergebracht sein. |
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Flüssigkeitskühlung |
Die hohen Temperaturen, die durch die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück entstehen, werden durch ein Kühlsystem mit Kühlschmierstoff kontrolliert. Der Kühlschmierstoff wird über Düsen direkt auf die Werkstückoberfläche gespritzt und dient zugleich dazu, die entstehenden Späne abzuführen. |
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Mehrfach-Werkzeugrevolver |
Neuere Modelle verfügen zudem über automatisierte Systeme, mit denen das Bearbeitungszentrum die Werkzeuge selbstständig wechseln kann. Zwei Systeme sind am weitesten verbreitet: eines, bei dem ein Greifarm ein Werkzeug aus dem Spindelkopf entnimmt und ein anderes einsetzt, und eines, bei dem der Revolver mehrere Aufnahmen (jeweils mit bereits montiertem Werkzeug) auf einer Art Drehscheibe besitzt. |
Zu diesem letzten Merkmal ist anzumerken, dass diese Werkzeugmaschinen zahlreiche Funktionen übernehmen können – nicht nur die klassische Fräsbearbeitung. So arbeiten sie beispielsweise auch als Vertikal-Bohr-Gewindeschneidzentrum oder als Vertikal-Bohrzentrum. Alles hängt vom jeweils eingesetzten Werkzeug ab.
Vorteile eines Vertikal-Bearbeitungszentrums
Die verschiedenen Arten von Vertikal-Bearbeitungszentren bieten zahlreiche Vorteile bei der Bearbeitung von Werkstücken, vor allem aus Metall, deren Formgebung mit konventionellen Methoden schwierig und sehr zeitaufwendig ist. Kürzere Bearbeitungszeiten und einfachere Prozesse zählen sogar zu den wichtigsten Vorteilen. Hinzu kommen weitere, ebenso bemerkenswerte Vorteile:
- Sie maximieren die Produktionsmenge in großem Maßstab.
- Sie verbessern die Wirtschaftlichkeit der Fabrik oder Werkstatt, in der sie eingesetzt werden.
- Mehrere Vertikalzentren können in Reihe aufgestellt und von einem oder sehr wenigen Bedienern überwacht werden.
- Sie senken die Kosten für Arbeitskräfte und Bedienpersonal.
- Sie liefern äußerst präzise Ergebnisse mit glatten und makellosen Oberflächen.
- Die Serienfertigung ist präziser und gleichmäßiger über alle gefertigten Einheiten hinweg.
- Das Werkstück wird von oben bearbeitet, sodass der Bediener den Prozess leichter verfolgen und die Ergebnisse mit der Konstruktion vergleichen kann.
- Es genügt, die Codes für die verschiedenen Werkstücke und Bearbeitungsbewegungen einer Werkstatt einmal zu programmieren; danach müssen sie bei Bedarf nur noch gewechselt werden.
- Der automatische Werkzeugwechsel verkürzt die Fertigungszeiten erheblich und verringert die Wahrscheinlichkeit menschlicher Fehler.
Es sei darauf hingewiesen, dass diese Werkzeugmaschinen gewisse „Nachteile“ haben, die jedoch durch den wirtschaftlichen Nutzen auf mittlere und lange Sicht mehr als ausgeglichen werden. Die wichtigsten sind die hohen Anschaffungskosten sowie die ebenfalls beträchtlichen Kosten für Wartung und Ersatzteile.