Vertikale, Portal- und horizontale CNC-Bearbeitungszentren unterscheiden sich in Aufbau, Spindelausrichtung, Arbeitsraum und Produktionsorganisation. Erfahren Sie, welche Lösung für Einzelteile, große und schwere Werkstücke oder die automatisierte Mehrseitenbearbeitung geeignet ist. Vergleichen Sie typische Anwendungen, Materialien, Spanabfuhr und Branchen.
Vertikale, Portal- und horizontale CNC-Bearbeitungszentren – Vergleich
CNC-Bearbeitungszentren ermöglichen mehrere Zerspanungsoperationen in einer einzigen Werkstückaufspannung. Dadurch lassen sich Umspannungen reduzieren, erneute Bezugnahmen vermeiden und die Maschinenzeit effizienter nutzen.
Je nach Spindelausrichtung und Tragkonstruktion unterscheidet man vertikale, Portal- und horizontale CNC-Bearbeitungszentren. Jede Bauart erfüllt andere Fertigungsanforderungen – von vielseitiger Bearbeitung kleiner und mittlerer Werkstücke bis zu Großteilen und automatisierter Mehrseitenfertigung.
Vertikale CNC-Bearbeitungszentren
Aufbau und Funktionsweise
Bei vertikalen CNC-Bearbeitungszentren steht die Spindel senkrecht zum Arbeitstisch. Das Schneidwerkzeug greift von oben am Werkstück an. Die Achsen X und Y bewegen sich in der horizontalen Ebene, während Z die vertikale Zustellung übernimmt.
Der Maschinenkörper besteht meist aus massiven Gussteilen, die eine hohe Steifigkeit und gute Schwingungsdämpfung ermöglichen. Je nach Modell kommen Linear- oder Gleitführungen und präzise Achsantriebe zum Einsatz.
Der Arbeitstisch verfügt gewöhnlich über T-Nuten zur Aufnahme von Schraubstöcken, Spannvorrichtungen und Vorrichtungsplatten. Ein automatischer Werkzeugwechsler ATC erlaubt mehrere Operationen ohne manuellen Werkzeugwechsel.
Je nach Konfiguration stehen Siemens SINUMERIK oder FANUC sowie CAD/CAM-Anbindung zur Verfügung. Rund- oder Schwenkrundtische können die Maschine um eine vierte oder fünfte Achse erweitern.
Typische Operationen
- Fräsen von Flächen, Taschen, Konturen und Kurven,
- Bohren verschiedener Lochbilder,
- maschinelles Gewindeschneiden,
- Reiben und Senken,
- Formen- und Werkzeugbau,
- 5-Achs-Bearbeitung bei entsprechender Ausstattung.
Typische Anwendungen und Branchen
Vertikalzentren sind besonders vielseitig bei kleinen und mittleren Werkstücken. Sie werden in Einzel-, Klein- und Serienfertigung sowie im Prototypenbau eingesetzt.
Typische Bereiche sind Automobilindustrie, Luftfahrt, Maschinenbau, Werkzeugbau sowie Formen- und Matrizenfertigung.
Bearbeitet werden unter anderem Stahl, Gusseisen, Aluminium, Messing, Kupfer und technische Kunststoffe. Der konkrete Werkstoffbereich hängt von Spindel, Drehmoment, Werkzeugen, Kühlung und Maschinensteifigkeit ab.
Portal-CNC-Bearbeitungszentren
Aufbau und Funktionsweise
Portal-Bearbeitungszentren besitzen zwei vertikale Ständer und einen Querträger. Diese bilden eine Portalstruktur, an oder entlang derer sich die Spindeleinheit bewegt.
Der große Arbeitsraum eignet sich für Werkstücke, deren Abmessungen und Gewicht über den Möglichkeiten üblicher Vertikalzentren liegen. Je nach Maschinenkonzept bewegt sich der Tisch, das Portal oder eine andere Baugruppe.
Die massive Struktur ist für hohe Steifigkeit bei schweren Werkstücken ausgelegt. Einige Maschinen verfügen über schwenkbare Köpfe oder weitere Zusatzachsen.
Typische Operationen
- Fräsen großformatiger Flächen und Konturen,
- Bohren und Gewindeschneiden an großen Komponenten,
- Bearbeitung von Taschen und Nuten in Gussteilen und Schmiedeteilen,
- Mehrseitenbearbeitung mit Schwenkkopf,
- Drehoperationen bei geeigneten Maschinen mit Drehtischfunktion.
Typische Anwendungen und Branchen
Portalzentren kommen zum Einsatz, wenn Werkstückabmessungen und Masse entscheidend sind. Typische Teile sind Maschinenbetten, Rahmen, Großformen, Platten, Gehäuse und schwere Gusskomponenten.
Typische Branchen sind Energietechnik, Schwermaschinenbau, Bahnindustrie, Schiffbau und Verteidigung.
Bearbeitet werden vor allem Baustahl, legierte Stähle, Gusseisen, große Aluminiumteile und Sonderguss.
Horizontale CNC-Bearbeitungszentren
Aufbau und Funktionsweise
Bei horizontalen CNC-Bearbeitungszentren ist die Spindel horizontal angeordnet. Viele Maschinen verfügen über einen Drehtisch mit B-Achse, der verschiedene Werkstückseiten ohne manuelles Umspannen zugänglich macht.
Ein wichtiger Vorteil ist die Spanabfuhr. Späne können durch die Schwerkraft aus dem Bearbeitungsbereich fallen, was bei tiefen Taschen und großen Spanmengen hilfreich ist.
Horizontale Zentren sind häufig auf Serienfertigung und Automation ausgelegt. Palettenwechsler, Werkzeugmagazine, Messtaster und Roboter können in automatisierte Zellen integriert werden.
Typische Operationen
- Mehrseitenfräsen in einer Aufspannung,
- Bohren, Gewindeschneiden und Reiben an mehreren Werkstückseiten,
- Bearbeitung langer Wellen, Hülsen und zylindrischer Teile,
- Serienfertigung wiederholbarer Komponenten,
- Bearbeitung schwerer Werkstücke mit effizienter Spanabfuhr.
Typische Anwendungen und Branchen
Horizontale Zentren werden häufig gewählt, wenn mehrere Werkstückseiten in einer Aufspannung bearbeitet werden sollen und Umspannungen reduziert werden müssen.
Anwendungen finden sich in Automobilindustrie, Hydraulik, Luftfahrt und Maschinenbau. Typische Teile sind Ventilgehäuse, Verteiler, Getriebegehäuse, Maschinenkörper und ähnliche Mehrseitenkomponenten.
Die Maschinen eignen sich gut für Palettensysteme und automatisches Be- und Entladen.
Vergleichstabelle
|
Merkmal |
Vertikales Bearbeitungszentrum |
Portal-Bearbeitungszentrum |
Horizontales Bearbeitungszentrum |
|
Spindelausrichtung |
Vertikal |
Vertikal oder multidirektional (schwenkbarer Kopf) |
Horizontal |
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Werkstückabmessungen |
Klein und mittel |
Groß und sehr groß |
Klein, mittel und groß |
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Gewicht des Werkstücks |
Bis zu einigen hundert kg |
Bis zu mehreren Tonnen und mehr |
Bis zu mehreren hundert kg und mehr |
|
Spanabfuhr |
Eingeschränkt (die Späne sammeln sich im Schnittbereich an) |
Je nach Konfiguration unterschiedlich |
Schwerkraft, frei |
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Mehrseitige Bearbeitung |
Eingeschränkt (erfordert Umstecken oder einen Drehtisch) |
Möglich mit schwenkbarem Kopf |
Natürlich dank der vierten Drehachse |
|
Fertigungsart |
Einzelstücke, Kleinserien, Prototypen |
Einzelstücke, Kleinserien (große Abmessungen) |
Serienfertigung, Massenfertigung, automatisierte Fertigungslinien |
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Typische Branchen |
Automobilindustrie, Luftfahrt, Werkzeugbau, Möbelindustrie |
Energiewirtschaft, Schiffbau, Eisenbahn, Verteidigungsindustrie, Schwermaschinenbau |
Automobilindustrie, Hydraulik, Luftfahrt, Maschinenbau |
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Typische Materialien |
Stahl, Aluminium, Gusseisen, Messing, Kunststoffe |
Baustahl und legierter Stahl, Gusseisen, große Gussteile |
Stahl, Gusseisen, Aluminium, Sonderlegierungen |
|
Platzbedarf |
Klein bis moderat |
Groß |
Moderat bis groß |
Welches Bearbeitungszentrum wählen?
Die Auswahl sollte mit den tatsächlichen Werkstücken beginnen. Entscheidend sind maximale Abmessungen und Masse, Achswege, Anzahl der zu bearbeitenden Seiten, Losgröße und Häufigkeit des Umspannens.
Zusätzlich sollten Spindelleistung und Drehmoment, Werkzeugaufnahme, Werkzeugmagazin, zulässige Tischbelastung, Eilgänge, Zusatzachsen, Kühlung und Spanabfuhr berücksichtigt werden.
Bei Serienfertigung sind Paletten, Messtaster und Roboterintegration besonders wichtig. Bei Einzelteilen können dagegen Zugänglichkeit und flexible Spannmöglichkeiten im Vordergrund stehen.
Fazit
Vertikale, Portal- und horizontale CNC-Bearbeitungszentren erfüllen unterschiedliche Aufgaben. Vertikale Maschinen sind vielseitig, Portalmaschinen auf Großteile ausgelegt und horizontale Zentren besonders für Mehrseitenbearbeitung und Automatisierung geeignet.
Die Wahl hängt von Werkstückgröße, Masse, erforderlichen Aufspannungen, Zykluszeit, Spanabfuhr und geplanter Produktionsmenge ab.
Die verschiedenen Bauarten finden Sie im CORMAK-Angebot der CNC-Bearbeitungszentren. Entscheidend ist immer, die Maschine an reale Werkstücke und Prozesse anzupassen.
