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Horizontale vs. vertikale CNC-Maschinen: Was ist der Unterschied?
Fräsen ist eines der verschiedenen Verfahren, die im Zerspanen angewendet werden. Beim Fräsen entfernt das rotierende Schneidwerkzeug Material vom stehenden oder beweglichen Werkstück. Es gibt verschiedene Arten von Fräsmaschinen, darunter horizontale und vertikale. In diesem Artikel werden wir die Unterschiede zwischen diesen beiden Maschinen und wie man eine auswählt, diskutieren.
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Was ist eine vertikale CNC-Maschine?
Eine vertikale CNC-Maschine ist eine Art von CNC-Maschine, bei der das Schneidwerkzeug vertikal über dem Werkstück ausgerichtet ist. Das Werkzeug dreht sich und bewegt sich nach unten, um Material gemäß programmierten Anweisungen zu schneiden. Heutzutage werden zwei Arten von vertikalen Maschinen verwendet:
- RevolverfräsmaschinenRevolverkopf-Fräsmaschinen werden im Allgemeinen für die Bearbeitung kleiner Präzisionsteile eingesetzt. Bei Revolverkopf-Fräsmaschinen bleibt die Spindel stationär, während der Tisch sowohl in horizontaler als auch in vertikaler Richtung bewegt wird. Ihre Vorteile sind, dass sie Vibrationen verhindern und während der Bearbeitung komplexer Merkmale eine ausgezeichnete Steifigkeit bieten.
- BettfräsmaschinenDie häufigste Art von vertikalen CNC-Maschinen in Werkzeugmaschinen ist die Bettfräsmaschine. Bei Bettfräsmaschinen bewegt sich die Spindel vertikal und das Werkstück bewegt sich horizontal. Mit dieser Anordnung kann sie effizient Maschinenschlitze, Taschen, Löcher und komplexe Geometrien.
Quelle: HAAS
Vorteile einer vertikalen CNC-Maschine
- Einfache Einrichtung und Bedienung
Vertikale CNC-Maschinen ermöglichen es dem Bediener, den gesamten Schneidevorgang zu sehen. Mit einem offenen Schnittbereich können Werkzeugpositionen und Messeinstellungen einfach vorgenommen werden.
- Vielseitig
Die vertikale CNC-Maschine kann verschiedene Funktionen ausführen, darunter Bohren, Schaftfräsen, Stirnfräsen, und Tippen.
- Kostengünstig
Vertikale CNC-Maschinen sind deutlich günstiger als horizontale Maschinen. Werkzeuge erforderlich für vertikale Fräsmaschinen sind günstiger und leichter erhältlich.
- Präzision
Mit einer richtigen Einrichtung sind vertikale CNC-Maschinen in der Lage, Teile mit einer Toleranz von 0,001 Zoll herzustellen.
Nachteile einer vertikalen CNC-Maschine
- Begrenzte Schnittkapazität
Es wird sehr schwierig, große Materialmengen auf einmal (schnell) mit vertikalen CNC-Maschinen zu entfernen. Vertikale Fräsmaschinen haben eine begrenzte Schnittkapazität.
- Schlechte Chip-Evakuierung
Späne, die bei der vertikalen CNC-Bearbeitung entstehen, fallen unter dem Einfluss der Schwerkraft auf das fertig bearbeitete Bauteil. Späne fallen in frisch geschnittene Hohlräume und können Kratzer auf der bearbeiteten Oberfläche des fertigen Teils verursachen und es beschädigen.
- Nicht für die Massenproduktion geeignet
Jede Fläche jedes Werkstücks muss einzeln eingerichtet und positioniert werden. Die manuelle Handhabung jedes Teils wird viele Produktionsengpässe beim Bau von Tausenden ähnlicher Werkstücke verursachen.
Was ist eine horizontale CNC-Maschine?
Bei Horizontal-CNC-Maschinen ist die Spindel parallel zum Boden. Das Schneidwerkzeug ragt horizontal von der Säule nach außen und zielt nach unten auf das Werkstück. Diese einfache Umstellung kann erhebliche Vorteile bei der Fertigung bringen.
Ein Werkstück wird typischerweise horizontal senkrecht zur Spindel auf einem Tisch eingespannt. Die meisten horizontalen CNC-Maschinen werden standardmäßig mit mindestens einem von vier Rundschalttischen oder einer 4. Achse geliefert. Die automatische Drehung ermöglicht es dem Schneidwerkzeug, mehrere Flächen eines Werkstücks ohne manuelle Handhabung zu bearbeiten. Horizontale CNC-Maschinen können vier und in einigen Fällen fünf Seiten eines Teils gleichzeitig bearbeiten.
Quelle:DMG MORI
Vorteile einer horizontalen CNC-Maschine
- Hervorragende Spanabfuhr
Die Späne fallen aufgrund der Schwerkraft schräg vom Werkstück weg. Dies bedeutet, dass die Späne den Bearbeitungsprozess nicht stören oder sich auf der fertigen Oberfläche des/der Teile absetzen.
- Massenproduktion
Ein automatischer Palettenwechsler kann verwendet werden, um das erste Teil zu produzieren, während das zweite extern beladen wird. Der Wechsler wechselt die Palette automatisch, wenn das Original seinen Durchlauf beendet hat. Dies reduziert die Leerlaufzeiten zwischen den Projekten drastisch und maximiert die Maschinenauslastung.
- Hohe Materialabtragsrate
Die horizontale Konfiguration der Maschine ermöglicht aggressive Schnittparameter. Indem der Bediener die Vorschubgeschwindigkeit und die Schnitttiefe erhöhen kann, wird die Produktionszeit großer Werkstücke verkürzt.
- Oberfläche
Die von der Maschine erzeugten Vibrationen sind aufgrund des sauberen Späneabfuhrprozesses minimal. Dies führt durchgängig zu Teilen mit überlegener Oberflächengüte.
Nachteile einer horizontalen CNC-Maschine
- Höhere Kosten
Der Anschaffungspreis ist oft drei- bis fünfmal höher als bei vergleichbaren vertikalen CNC-Maschinen. Montage-Werkzeuge, Vorrichtungen und Zubehör sind zu einem Aufpreis bepreist, was die Gesamtbetriebskosten erhöht.
- Komplexe Einrichtung
Erfordert fortgeschrittene Programmierkenntnisse in Drehpositionierung und mehrachsiger Koordination. Horizontale CNC-Maschinen haben einen komplexeren und zeitaufwändigeren Vorrichtungskonstruktionsprozess.
Horizontale vs. Vertikale CNC-Maschinen: Hauptunterschiede
Spindelorientierung
Vertikal-Fräsmaschinen: Die Spindel ist vertikal ausgerichtet, wobei das Schneidwerkzeug nach unten zur Arbeitsplatte zeigt.
Horizontale Fräsmaschinen: Die Spindel ist horizontal ausgerichtet und ragt parallel zum Boden nach außen. Das Schneidwerkzeug nähert sich dem Werkstück von der Seite anstelle von oben.
Werkzeuggeometrie
Vertikalmühlen: Vertikalmühlen verwenden am häufigsten Fräswerkzeuge, Walzwerkeund Bohrer. Die Werkzeuglänge kann entscheidend für die Bearbeitungseffizienz sein. Denn mit zunehmender Werkzeuglänge nimmt auch die Durchbiegung des Werkzeugs während des Betriebs zu.
Horizontalfräsmaschinen: Horizontalfräsmaschinen verwenden ein Dornsysten, auf dem sie typischerweise ihre Fräser (Scheibenfräser, Planfräser) montieren. Der Dorn bietet zwei Auflagepunkte zur Abstützung und sorgt daher auch für eine wesentlich höhere Steifigkeit als eine Vertikalfräsmaschine.
Kosten
Vertikalfräsmaschinen: Vertikalfräsmaschinen sind in der Anschaffung deutlich günstiger als Horizontalfräsmaschinen. Auch die Betriebskosten von Vertikalfräsmaschinen sind moderat, da Werkzeuge und Ersatzteile zu sehr wettbewerbsfähigen Preisen erworben werden können.
Horizontal-Fräsmaschinen: Horizontal-Fräsmaschinen erfordern im Allgemeinen eine anfängliche Kapitalinvestition. Die Betriebskosten für Horizontal-Fräsmaschinen sind aufgrund von Spezialwerkzeugen, Spannvorrichtungen und Ersatzteilen sowie der Notwendigkeit einer kontinuierlichen Wartung hoch.
Chip-Evakuierung
Vertikalmühlen: Späne, die bei der Herstellung von Vertikalmühlen entstehen, fallen auf die darunter liegende Arbeitsfläche. Dies führt zu mehreren Problemen, darunter die Notwendigkeit einer ständigen Reinigung. Da sie fertige Teile zerkratzen oder das Werkstück während des Bearbeitungsprozesses stören können.
Horizontale Mühlen: Die beim Betrieb einer horizontalen Mühle entstehenden Späne sind kein Problem. Die Schwerkraft entfernt die Späne automatisch aus dem horizontalen Schneidbereich. Daher bleibt der horizontale Schneidbereich vollständig frei von Spänen.
Spezifikationen für den Schnitt
Vertikale Fräsmaschinen: Geeignet für mäßigen Materialabtrag und Schnitttiefen. Vertikales Fräsen funktioniert gut, um filigrane Teile für begrenzte Schnittmengen herzustellen, aber es ist nicht geeignet für schwere Schruppbearbeitungen.
Horizontale Fräsmaschinen: Diese Art von Fräsmaschine ist für die Hochvolumenproduktion mit hohen Schnitttiefen und hohen Vorschubgeschwindigkeiten ausgelegt. Darüber hinaus ist diese Maschine äußerst robust aufgebaut. Sie ist für aggressives Schneiden konzipiert, ohne Kompromisse bei der Maßgenauigkeit des Werkstücks oder der Werkzeugstandzeit einzugehen.
Produktionsvolumen
Vertikal-Fräsmaschinen: Vertikal-Fräsmaschinen eignen sich am besten für geringe bis mittlere Stückzahlen.
Horizontalfräsmaschinen: Die Horizontalfräsmaschine ist für Produktionsprozesse mit hohen Stückzahlen konzipiert. Als dedizierte Maschine mit einem automatischen Palettenwechsler, kombiniert mit schnelleren Zykluszeiten, ist diese Maschine am besten für die Herstellung großer Mengen identischer Teile ausgelegt.
Materialabtragsrate
Vertikale Fräsmaschinen: Vertikale Fräsmaschinen verfügen über Materialabtragsfähigkeiten von moderat bis schwer.
Horizontale Fräsmaschinen: Horizontale Fräsmaschinen erzielen überlegene Materialabtragsraten, wenn sie für kontinuierliche Schnitte konfiguriert sind. Kontinuierliche Schnitte bieten erheblich kürzere Zykluszeiten bei der Bearbeitung vieler Komponenten.
Seiten der Bearbeitung
Vertikalfräsmaschinen: Sie können nur auf die Oberseite des Werkstücks zugreifen. Um ein mehrseitiges Werkstück vollständig zu bearbeiten, müssen Sie für jeden Bearbeitungsvorgang eine neue Spannvorrichtung und ein neues Richten einrichten.
Horizontal-Fräsmaschinen: Rundtische ermöglichen Ihnen den Zugriff auf 4 oder 5 Seiten eines Teils in einer einzigen Aufspannung. Sobald das erste Teil eingerichtet ist, startet die Maschine automatisch und führt weitere Operationen durch, ohne dass ein Eingriff durch den Bediener erforderlich ist.
So wählen Sie zwischen horizontalen und vertikalen CNC-Maschinen
Hier sind einige Faktoren, die bei der Wahl zwischen horizontalen und vertikalen CNC-Maschinen zu berücksichtigen sind:
Teilkomplexität
Sie müssen festlegen, wie viele Teile Sie fertigen möchten. Vertikale CNC-Maschinen eignen sich beispielsweise am besten für Klein- und Mittelserien, bei denen nur Dutzende oder Hunderte von Teilen gefertigt werden. Wenn Sie Tausende identische Teile nonstop fertigen, lohnt sich der Einsatz einer horizontalen CNC-Maschine mit automatischem Palettenwechsler.
Teilgröße
Wenn Sie mehrere Seiten des Werkstücks bearbeiten müssen, ist die horizontale CNC-Maschine die bessere Wahl. Mit einer horizontalen CNC-Maschine können Sie einen Drehtisch befestigen, um auf vier oder fünf Seiten Ihres Werkstücks zuzugreifen. Dies ermöglicht es Ihnen, das Werkstück nicht mehrmals neu zu positionieren, um eine ordnungsgemäße Bearbeitung zu gewährleisten. Wenn das Werkstück nur auf einer oder zwei Seiten Merkmale aufweist, ist die vertikale CNC-Maschine die beste Wahl. Die zusätzliche Komplexität, die mit der mehrfachen Einrichtung des Werkstücks verbunden ist, rechtfertigt nicht die Vorteile der Verwendung einer Mehrachse-Maschine.
Vertikale Fräsmaschinen bearbeiten kleine bis mittlere Bauteile effektiv, da das Be- und Entladen einfach und das Design kompakt ist. Bauteile, die kleiner als 20 Zoll sind, passen vertikal und eignen sich ideal für den Einsatz mit vertikalen Bearbeitungszentren.
Materialart
Harte Materialien (insbesondere Titan und gehärteter Stahl) erfordern im Allgemeinen aggressive Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe. Dies wird am besten mit der zusätzlichen Steifigkeit eines Horizontalbearbeitungszentrums erreicht. Weichere Materialien wie Kunststoffe und Aluminium können ohne die zusätzlichen Fähigkeiten eines Horizontalbearbeitungszentrums bearbeitet werden.
Platzverfügbarkeit
Es gibt mehrere Gründe, warum vertikale Bearbeitungszentren gut für kleine Werkstätten geeignet sind. Sie benötigen weniger Stellfläche und wenig Freiraum für den Betrieb. Im Gegensatz dazu nehmen horizontale Bearbeitungszentren aufgrund des Platzbedarfs für eine längere Spindel, Palettenwechsler und Späneförderer deutlich mehr Stellfläche ein.
Häufig gestellte Fragen zu horizontalen und vertikalen CNC-Maschinen
Was ist der Unterschied zwischen einer vertikalen und einer horizontalen Fräsmaschine?
Der Hauptunterschied zwischen horizontalen und vertikalen Fräsmaschinen liegt in der Spindelorientierung. Bei vertikalen Fräsmaschinen ist die Spindel senkrecht zur Tischoberfläche angeordnet. Bei horizontalen Fräsmaschinen ist die Spindel parallel zur Tischoberfläche angeordnet. Der Späneabfuhrprozess und die Schnittfähigkeiten werden durch diesen Unterschied in der Spindelorientierung beeinflusst.
Was kann horizontal gefräst werden?
Horizontalfräsmaschinen können zur Bearbeitung verschiedener Materialien verwendet werden. Beispiele sind Aluminium, Stahl, Edelstahl, Titan, Messing und Kunststoff. Das horizontale Fräsen eignet sich besonders zum Fräsen harter Materialien.
Welche ist genauer: Horizontale oder vertikale CNC-Bearbeitung?
Sowohl horizontale als auch vertikale Maschinen können ähnliche Genauigkeitsstufen erzielen. Horizontale Maschinen sind aufgrund ihrer erhöhten Steifigkeit bei schweren Zerspanungsarbeiten genauer. Vertikale Maschinen können bei leichteren Arbeiten die gleiche Genauigkeit erzielen.
Was sind die Nachteile der horizontalen Fräsbearbeitung?
Die häufigsten Nachteile bei der Verwendung einer Horizontalmaschine sind, dass sie wesentlich teurer sind als Vertikalmaschinen und mehr Platz benötigen. Die Einrichtung und Programmierung sind komplex.
Welche Fräsmaschine ist kosteneffizient?
Die meisten Fräsereien verwenden vertikale Fräsmaschinen, da diese in der Regel das beste Preis-Leistungs-Verhältnis bieten. Vertikale Fräsmaschinen sind kostengünstiger als horizontale Maschinen. Vertikales Werkzeug ist leicht verfügbar und in der Regel kostengünstig im Vergleich zu dem horizontalen Werkzeug, das für eine horizontale Maschine benötigt wird.
Schlussfolgerung
Die Wahl einer CNC-Fräsmaschine hängt stark von Ihren Produktionsanforderungen und Ihrem Budget ab. Vertikalfräsmaschinen können in der Regel viele verschiedene Bearbeitungsanwendungen bewältigen, bieten die beste Gesamtflexibilität und sind für die meisten Unternehmen eine kostengünstige Option. Horizontalfräsmaschinen sind ideal für die Produktion in großem Maßstab, wo erhöhte Produktivität unerlässlich ist.
