Maschinenkonzepte

01. Was sind flexible, automatisierte Fertigungssysteme?

Die Nachteile der Automatisierung versucht man zu vermeiden durch den Bau flexibler, automatisierter Fertigungssysteme:

• flexibel bedeutet so viel wie „biegsam, geschmeidig, anpassungsfähig“

• flexible Fertigungssysteme sind Anlagen, die relativ schnell an veränderte Markt- und Produktionsbedingungen angepasst werden können; sie zeichnen sich aus durch:

  • Verkettung der räumlich angeordneten Maschinen (automatisierter Werkstücktransport)

  • geringen Umrüstaufwand für unterschiedliche Werkstücke und Bearbeitungsverfahren

  • Automatisierung der Fertigungsversorgung

  • Variation der Losgröße

  • Steuerung der Prozesse über Leitrechner.

02. Welche Maschinenkonzepte bilden die Bausteine der automatisierten Fertigung?

In Abhängigkeit von der Komplexität der Prozesse und dem Grad der Automatisierung werden grundsätzlich folgende Maschinenkonzepte unterschieden:

1. Einstufige Maschinenkonzepte:

   Das Werkstück wird an einer Station bearbeitet; Beispiele:

   • NC-/CNC-Einzelmaschinen

   • Bearbeitungszentren

   • flexible Fertigungszellen.

2. Mehrstufige Maschinenkonzepte:

   Das Werkstück wird an mehreren Stationen bearbeitet; Beispiele:

   • Flexible Fertigungssysteme

   • flexible Transferstraßen.

In Bezug auf Losgröße und Produktivität sowie Flexibilität und Varianz der Teile lassen sich die genannten Maschinenkonzepte in einem Stufenmodell darstellen:

03. Welche Merkmale kennzeichnen eine NC-Werkzeugmaschine?

Die NC-Werkzeugmaschine ist der Grundbaustein einer flexiblen Fertigungsanlage. Mit ihr kann hauptsächlich ein Fertigungsverfahren ausgeführt werden. Sie hat den geringsten Automatisierungsgrad.

Die NC-Werkzeugmaschine kennzeichnen folgende Merkmale:

• Einmaschinenkonzept

• Bearbeitung eines Werkstückes hauptsächlich durch ein Fertigungsverfahren

• automatische Werkzeugmagazinierung

• automatische Steuerung der Vorschub- und Schnittbewegung

• automatischer Werkzeugwechsel

• maschineninterner Steuerungsrechner.

Prinzipdarstellung des Fertigungsprozesses mit sich ergänzenden NC-Maschinen:

04. Welche Merkmale kennzeichnen ein Bearbeitungszentrum (BZ)?

Nicht nur die Bearbeitungsmaschine arbeitet computergesteuert, sondern auch der Wechsel der Arbeitsstücke sowie der Werkzeuge erfolgt automatisch. Es lassen sich damit komplexe Teile in Kleinserien bei relativ hoher Fertigungselastizität herstellen. Die Rundumbearbeitung der Werkstücke erfolgt über einen Drehtisch. Ein Palettenwechseltisch ermöglicht, dass gleichzeitig während der Bearbeitung ein anderes Werkstück aufgespannt werden kann. Die Überwachung mehrerer Bearbeitungszentren kann von einem Mitarbeiter oder einer Gruppe durchgeführt werden.

Das Bearbeitungszentrum kennzeichnen folgende Merkmale:

• Einmaschinenkonzept

• Bearbeitung eines Werkstückes durch mehrere Fertigungsoperationen in nur einer Aufspannung

• automatische Steuerung des Drehtisches zur kompletten Rundumbearbeitung des Werkstücks

• automatische Steuerung der Vorschub- und Schnittbewegung

• automatische Werkzeugmagazinierung

• automatischer Werkzeugwechsel

• maschineninterner Steuerungsrechner.

Prinzipdarstellung des Fertigungsprozesses mit Bearbeitungszentren ohne automatischen Werkstücktransport:

Bearbeitungszentren bieten u. a. folgende Vorteile:

• Verkürzung der Durchlaufzeit je Werkstück

• Verkürzung der Rüstzeiten

• kein Transport des Werkstücks erforderlich

• nur einmalige Aufspannung für alle Bearbeitungsvorgänge erforderlich.

05. Welche Merkmale kennzeichnen eine flexible Fertigungszelle (FFZ)?

Flexible Fertigungszellen (FFZ) sind die unterste Stufe eines flexiblen Fertigungssystems (FFS). Sie haben zusätzlich zum Automatisierungsgrad der Bearbeitungszentren eine automatische Zu- und Abführung der Werkstücke in Verbindung mit einem Pufferlager. Diese Systeme können auch in Pausenzeiten der Belegschaft weiterlaufen.

Die flexible Fertigungszelle kennzeichnen folgende Merkmale:

• Einmaschinenkonzept

• Komplettbearbeitung eines Werkstücks

• automatische Steuerung der Vorschub- und Schnittbewegung

• automatische Werkzeugmagazinierung

• automatischer Werkzeugwechsel

• maschineninterner Steuerungsrechner

• automatische Speicherung der Werkstücke

• Verkettung der Maschine mit Werkzeugmagazin und Werkstückspeicher (automatisierte Versorgung).

Nachteile einer flexiblen Fertigungszelle:

• Aufwändige Steuerung

• erfahrenes Bedienpersonal

• hohe Investitionskosten

• für hohe Stückzahlen weniger geeignet.

06. Welche Merkmale kennzeichnen ein flexibles Fertigungssystem (FFS)?

Beim flexiblen Fertigungssystem werden mehrere NC-Maschinen, Bearbeitungszentren und/oder flexible Fertigungszellen miteinander verkettet. Die Steuerung erfolgt über einen Leitrechner.

Das flexible Fertigungssystem kennzeichnen folgende Merkmale:

• Mehrmaschinenkonzept

• komplette, mehrstufige Bearbeitung eines Werkstücks/einer Baugruppe

• automatisierter Werkstücktransport zwischen den Bearbeitungsstationen

• automatische Werkstück- und Werkzeugversorgung über einen verketteten Speicher

• variable Steuerung des Fertigungsprozesses (z. B. unterschiedliches Ansteuern der Bearbeitungsstationen)

• Steuerung über einen Leitrechner.

Prinzipdarstellung des Fertigungsprozesses bei einem flexiblen Fertigungssystem unter Einsatz von NC-Maschinen, Bearbeitungszentren und flexiblen Fertigungszellen unter Einsatz eines automatischen Werkstücktransports:

Vorteile eines flexiblen Fertigungssystems, z. B.:

• Hohe Flexibilität (Stückzahl, Bearbeitungsfolge)

• stufenweiser Ausbau möglich.

Nachteile eines flexiblen Fertigungssystems, z. B.:

• Aufwändige Technik der Bearbeitung und der Verkettung

• hohe Investitionskosten.

07. Welche Merkmale kennzeichnen eine flexible Transferstraße?

Um die Fertigung ähnlicher Werkstücke mit hohen Stückzahlen bei minimaler Durchlaufzeit zu realisieren, werden Bearbeitungsstationen in einer vorgegebenen Reihenfolge miteinander verkettet. Die Werkstücke durchlaufen alle Bearbeitungsstationen der Fertigungslinie. Der automatisierte Fertigungsablauf ist taktgebunden.

Die flexible Transferstraße kennzeichnen folgende Merkmale:

• Mehrere Bearbeitungsstationen sind zu einer Fertigungslinie verkettet

• das Werkstück durchläuft alle Bearbeitungsstationen

• der Werkstückfluss ist automatisiert und taktgebunden

• zur Abstimmung der Bearbeitungszeiten je Station werden Ausgleichspuffer eingerichtet.

Vorteile der flexiblen Transferstraße, z. B.:

• Hohe Produktivität

• Minimierung der Durchlaufzeit

• meist nur angelerntes Personal erforderlich.

Nachteile der flexiblen Transferstraße, z. B.:

• Beeinträchtigung der gesamten Fertigungslinie beim Ausfall einer Bearbeitungsstation

• bei Änderungen des Fertigungsproramms ist eine aufwändige Taktabstimmung erforderlich.