Ein CNC-Horizontalbearbeitungszentrum (HMC) zeichnet sich durch seine horizontale Spindel und in den meisten Fällen einen rotierenden B-Achsen-Tisch aus. Dieses Layout bietet drei Vorteile gegenüber einer vertikalen Maschine. Erstens ermöglicht der Rundtisch die Bearbeitung eines Werkstücks an vier Seitenflächen plus der Oberseite in einer einzigen Aufspannung – kein Umspannen, kein erneutes Anzeigen, keine Stapelfehler. Zweitens zeigt die horizontale Spindel zur Seite des Teils, was die natürliche Richtung zum Bohren tiefer Löcher und zum Fräsen tiefer Taschen ist. Drittens fallen die Späne durch die Schwerkraft von der Schneidzone weg, anstatt sich auf dem Teil anzusammeln, wodurch die Werkzeuge kühler bleiben, das Nachschneiden von Spänen reduziert wird und Arbeiten in tiefen Kavitäten weitaus zuverlässiger werden. Diese drei Merkmale definieren die Teile, für die ein HMC gebaut ist.
Kasten- und Gehäuseteile
Kasten- und Gehäusebauteile sind das klassische HMC-Werkstück, und das aus gutem Grund. Ein Getriebegehäuse, Untersetzungsgetriebegehäuse, Motorgehäuse oder Pumpenkörper weist auf mehreren Seiten Lagerbohrungen, Montageflächen und Schraubenlöcher auf, und die Bohrungen müssen häufig über das Teil hinweg ausgerichtet werden. Eine HMC mit Drehtisch bearbeitet alle vier Seiten und die Oberseite in einer Aufspannung, sodass die Beziehung zwischen einer Bohrung auf der Vorderseite und einer Bohrung auf der Seitenfläche der Zeichnung entspricht. Die horizontale Spindel übernimmt auch das Tiefbohren, das für Lagersitze erforderlich ist, und die starre Maschinenstruktur hält Toleranzen bei schweren Schruppschnitten in Gusseisen oder Stahlguss ein. Für jedes Teil, das wie eine Kiste mit Löchern aussieht, ist HMC normalerweise die erste Wahl.
Komponenten für den Automobil-Antriebsstrang
Die Automobilindustrie ist einer der größten Anwender von HMCs, und die Teile sind bekannt: Motorblöcke, Zylinderköpfe, Getriebegehäuse, Kupplungsgehäuse und Differentialgehäuse. Hierbei handelt es sich um großvolumige Gusseisen- oder Aluminiumteile mit tiefen Zylinderbohrungen, Ventilsitzen, Nockenwellentunneln und mehreren Montageflächen. Ein HMC kann die Ober- und Unterseite mit einem großen Planfräser vorfräsen und dann die Zylinderbohrungen mit einer Toleranz von IT6 und einer Zylindrizität unter 0,01 mm fertig bohren – und das alles, ohne das Teil zu bewegen. Bei Fahrzeugen mit neuer Energie werden mit denselben Maschinen Motorgehäuse, Untersetzungsgetriebegehäuse, Batteriekästen und Steuergerätegehäuse bearbeitet, bei denen es sich häufig um große Aluminiumdruckgussteile mit Kühlkanälen und mehreren Dichtflächen handelt. Die Kombination aus Mehrseitenbearbeitung, hohem Spindeldrehmoment und automatischem Werkzeugwechsel macht die HMC zum Standard für die Antriebsstrangfertigung.
Hydraulische und pneumatische Ventilkörper
Hydraulikventilblöcke, Verteiler für integrierte Schaltkreise, Pumpenkörper und Zylinderendkappen sind weitere natürliche Ergänzungen. Diese Teile bestehen typischerweise aus Gusseisen, Stahl oder Edelstahl und sind voller tiefer Querbohrungen, Spulenbohrungen und Montagehohlräumen – genau die Art von Tiefloch- und Tiefhohlraumarbeiten, bei denen sich die Spanabsaugung eines HMC auszahlt. Eine vertikale Maschine, die ein tiefes Querloch in einen Ventilblock bohrt, kann Späne im Loch zurücklassen, was zu Werkzeugbruch und schlechter Oberflächengüte führt. Ein HMC lässt die Späne beim Bohren des Lochs herausfallen. Der Drehtisch ermöglicht außerdem das Bohren, Ausbohren und Gewindeschneiden eines Ventilblocks mit Anschlüssen an vier Seiten in einem Arbeitsgang, wobei die Positionen der Querbohrungen ausgerichtet bleiben. Insbesondere bei Ventilkörpern aus Edelstahl bewältigt die starre HMC-Struktur und die Spindel mit hohem Drehmoment die schwere Zerspanung ohne Rattern.
Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsstrukturen
Luft- und Raumfahrtteile sind oft groß, dünnwandig und bestehen aus Titan oder Hochtemperaturlegierungen, die langsam Material abtragen und Werkzeuge fressen. Die starre Struktur und die drehmomentstarke Spindel eines HMC sind für diese Arbeit gut geeignet, und der Drehtisch ermöglicht die Bearbeitung eines großen Strukturrahmens oder einer Trennwand auf allen zugänglichen Seiten in einer Aufspannung. Einige Trennwände in der Luft- und Raumfahrt bestehen zunächst aus einem massiven Titan- oder Aluminiumblock, bei dem bis zu 80 % des Materials entfernt werden; Die gute Spanabfuhr und die hohe Zerspanungsleistung des HMC machen dies praktisch. Fahrwerkskomponenten, Rumpfrahmen, Triebwerksgehäuse und Flugkörperabschnitte profitieren alle von der Mehrflächenfähigkeit und der Fähigkeit, enge Toleranzen bei großen, teuren Teilen einzuhalten, bei denen ein verschrottetes Werkstück einen hohen Kostenfaktor darstellt.
Formbasen und große Werkzeuge
Formbasen, Matrizensätze und große Spannplatten werden häufig auf HMCs bearbeitet, da sie groß und schwer sind und Merkmale auf mehreren Seiten erfordern. Eine typische Formbasis verfügt über Führungsstiftlöcher, Führungsstiftlöcher, Kühlkanäle und Befestigungslöcher oben, unten und an den Seiten. Die Löcher müssen quadratisch und ausgerichtet sein. Ein HMC mit Drehtisch bohrt und bohrt alles in einer Aufspannung, und die horizontale Spindel bearbeitet die tiefen Kühlkanallöcher ohne Spanstau. Große Grundplatten, Gussteile für Maschinenbetten und Präzisionsvorrichtungen fallen ebenfalls in diese Kategorie – sie haben nicht immer eine komplexe Form, sind aber groß, schwer und erfordern eine gleichbleibende Genauigkeit über mehrere Flächen hinweg, und genau das bietet die HMC.
Energie, Schwerindustrie und große Gussteile
Für die größten und schwersten Arbeiten sind HMCs oft die einzige praktische Wahl. Getriebegehäuse von Windturbinen, Getriebegehäuse von Bergbaumaschinen, Gehäuse von Dampfturbinen, Generatorkomponenten, Schiffsdieselmotorblöcke und große Schiffsstrukturteile sind allesamt gegossene oder geschmiedete Komponenten mit einem Gewicht von Hunderten oder Tausenden von Kilogramm und mit Lagerbohrungen, Dichtflächen und Schraubenmustern auf mehreren Seiten. HMCs mit großem Verfahrweg bearbeiten diese Teile mit verlängerten X/Y/Z-Achsen, hochbelastbaren Drehtischen und Spindeln, die Tiefbohrungen bis zu 1,5 Meter oder mehr ermöglichen. Durch den Drehtisch entfällt die Notwendigkeit, ein tonnenschweres Gussstück zwischen den Arbeitsgängen mit dem Kran umzudrehen, was Rüstzeit spart und eine Hauptquelle für Positionierungsfehler beseitigt. Für die Schwerindustrie ist die HMC weniger ein Luxus als eine Notwendigkeit.
Warum diese Teile gut passen?
In all diesen Branchen weisen die Teile, die zu einer HMC gehören, einige gemeinsame Merkmale auf. Sie müssen auf mehr als einer Seite bearbeitet werden – idealerweise auf vier Seiten plus der Oberseite –, sodass der Drehtisch Rüstvorgänge einspart. Sie haben oft tiefe Löcher, tiefe Bohrungen oder tiefe Taschen, bei denen es auf die Spanabfuhr ankommt. Sie neigen dazu, groß oder schwer zu sein, daher sind die steife Maschinenstruktur und der hochbelastbare Tisch von Vorteil. Sie werden häufig in ausreichender Menge hergestellt, sodass sich die Zykluszeiteinsparungen durch die Bearbeitung in einer Aufspannung für die Maschine amortisieren. Und sie bestehen häufig aus Gusseisen, Stahlguss, Edelstahl oder Titan – Materialien, die eine steife Maschine mit hohem Drehmoment erfordern. Teile, die flach, einseitig oder klein und leicht sind, eignen sich in der Regel besser für ein vertikales Bearbeitungszentrum. Mit allem in der obigen Liste verdient die HMC ihren Lebensunterhalt.
Abschluss
Ein horizontales CNC-Bearbeitungszentrum ist für Teile gebaut, die eine mehrseitige Bearbeitung, tiefe Löcher und Taschen, schwere Zerspanung und große Stückzahlen erfordern. Sein Drehtisch bearbeitet vier Seiten und die Oberseite in einer Aufspannung, seine horizontale Spindel bohrt tiefe Löcher und fräst tiefe Hohlräume ohne Spanansammlung, und seine starre Struktur verarbeitet Gusseisen, Stahl, Edelstahl und Titan mit hohen Zerspanungsraten. Das macht es zur natürlichen Wahl für Getriebegehäuse, Motorblöcke, Getriebegehäuse, hydraulische Ventilkörper, Luft- und Raumfahrtstrukturen, Formbasen, Windturbinengehäuse sowie große Gussteile für den Bergbau und die Schifffahrt. Wenn ein Teil kastenförmig, schwer, mehrseitig oder voller tiefer Löcher ist, gehört es mit ziemlicher Sicherheit in ein horizontales Bearbeitungszentrum.
