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Drehteile im Vorrichtungsbau

Für die Fertigung nutzen manche Unternehmen Vorrichtungen, um einen Prozess mit reproduzierbarer und hoher Qualität zu gewährleisten.
Was wird unter dem Begriff „Vorrichtung“ verstanden? Welche Vor- und Nachteile bietet diese Art der Unterstützung bei der Fertigung?

Vorrichtungsbau – Eine Definition

Bei einer Vorrichtung handelt es sich um eine technische Hilfseinrichtung, die für einen bestimmten Zweck verwendet wird. Nach DIN 6300 werden Vorrichtungen als Fertigungsmittel definiert, die an das Werkstück gebunden sind. Sie stehen unmittelbar in Beziehung zum Arbeitsvorgang. Es kann gesagt werden, dass die Vorrichtung als Bindeglied zwischen Werkstück, Maschine und den aktiven Elementen (Werkzeug) funktionieren. Daher zählen sie zusätzlich zu den Fertigungsmitteln und gleichzeitig zu den Arbeits- und Betriebsmitteln. Die Vorrichtungen können in Standard- oder Sondervorrichtungen unterteilt werden. Sie dienen im Maschinenbau dazu, die Werkstücke zu positionieren, in einer bestimmten Lage zu halten, festzuspannen und in einzelnen Fällen, das Werkzeug während der Fertigung zu führen. Das Hauptziel einer Vorrichtung ist, während der Fertigung dafür zu sorgen, dass die für die Bearbeitung notwendige Zuordnung (Position und Orientierung) von Maschine, Werkstück und Werkzeug sicherzustellen und vor allem die reproduzierbare Genauigkeit zu gewährleisten. 

Dies soll dazu führen, dass eine einheitliche und zuverlässig wiederholbare Bedingung für Arbeitsoperationen gewährleistet werden. Das zu bearbeitende Werkstück muss aufgenommen und unter allen Bearbeitungsbedingungen während der Fertigung in der vorbestimmten Position gehalten werden. Dies ist vor allem sinnvoll, wenn es sich bei der Fertigung um eine Serienfertigung handelt oder das zu fertigende Dreh- und Frästeil sehr komplex ist. So wird vor der Fertigung eine Position der Vorrichtung fest definiert, ohne dass bei jedem einzelnen Bauteil die Position des Werkstückes bestimmt werden muss. Durch die Vorrichtung sind alle Bauteile in der gleichen Position und somit die Serienfertigung gleichmäßig. Diese Art der Vorrichtung wird als Positionierungsvorrichtungen bezeichnet. Deren Hauptaufgabe besteht darin, den Gegenstand in der exakt vorgegebenen Position zu bringen und zu halten.

Vorteile einer Vorrichtung

Ein beachtlicher Vorteil des Vorrichtungsbaues ist die Verkürzung von Nebenzeiten für das Ausrichten, Spannen und Messen. Zusätzlich entfallen Nebenarbeiten wie Anreißen, Ankörnen und Anpassen. Der Bedarf an Messzeugen und Lehren wird verringert und Nacharbeiten fallen weg. Durch den Einsatz einer Vorrichtung werden die zu fertigenden Bauteile in einer bestimmten Position gehalten. Durch diese Lagebestimmung der Werkstücke in der Vorrichtung können die Maße der gefertigten Werkstücke innerhalb der vorgeschriebenen Toleranzen gehalten werden. Dies spiegelt sich in der Qualität der Bauteile wider.
Des Weiteren ermöglicht der Einsatz von Vorrichtungen, den körperlichen Einsatz der CNC-Fertiger zu reduzieren. Dies führt zu einer deutlichen Arbeitserleichterung. Bei der Nutzung einer Mehrstück-Vorrichtung werden mehrere Werkstücke parallel bearbeiten, wodurch folglich die Produktionszeit verringert und somit der Aufwand extrem minimiert wird. Dies ist allerdings nur möglich, wenn eine richtige und auf den Prozess abgestimmte Spannvorrichtung verwendet wird. Ist dies der Fall, lassen sich Rüst- und Arbeitszeiten auf ein Minimum senken und damit die Verschwendungen reduzieren. Zusätzlich wird aufgrund einer sicheren Werkstückspannung der Werkzeugverschleiß gesenkt und die Werkzeugkosten geringgehalten.

Weiterhin sichern Spannvorrichtungen die kurze Hilfszeiten für das Bestimmen, Spannen und Messen. Sie senken den Ausschussanteil und nutzen durch Zeitüberlagerung die Bearbeitungsmaschine besser aus.

Vorteile im Überblick

  • Verkürzung der Nebenzeit
  • Vorgeschriebene Toleranzen werden besser eingehalten
  • Arbeitserleichterung für CNC- Fertiger
  • Verkürzung der Produktionszeit
  • Reduzierung von Werkstück- und Werkzeugverschließ
  • Ausnutzen der Fertigungskapazitäten

 

Nachteile einer Vorrichtung

Der Vorrichtungsbau hat neben den erwähnten Vorteilen auch einige Nachteile. Ein wesentlicher Nachteil, den Vorrichtungen aufweisen,
ist der Kostenfaktor. Aufgrund der Entwicklung (Konstruktion) sind Vorrichtungen sehr kostspielig und

Nachteile im Überblick

  • Hohe Kosten bei der Entwicklung (Konstruktion)
  • Hohe Bauteillagerung- und Montageraumkosten 
  • Kapitalbindung an die Vorrichtung
  • Verschliss durch zu häufige Nutzung
  • Beschädigung durch mangelnde Nutzung (Rost, o.ä.)
  • Größe, Volumen und Flexibilität begrenzt 

daher sollte der Entwurf sorgsam erfolgen und möglichst viele Standardteile oder Baugruppen berücksichtigen.
Diese hohen Anschaffungskosten des Bausatzes summieren sich zusätzlich zu den Bauteillagerung- und Montageraumkosten.
Ein wesentlicher Aspekt, der dabei beachtet werden soll und in den Bereich der Kostenaspekte fällt, ist die Kapitalbindung.
Da die Vorrichtung in den Unternehmen vorhanden ist, stellt sie eine Bindung des Kapitals da, wenn sie nicht regelmäßig genutzt wird.
Damit einhergehend ist der Nachteil, dass bei häufigem Nutzen der Vorrichtung oder bei mangelnden Nutzungen, Beschädigungen an der Vorrichtung geschehen können. Weiterer Aspekt, der die Vorrichtung in ein negatives Licht rückt, lassen sich unter dem Bereich der Technik zusammenfassen. So besitzen Vorrichtungen nicht nur eine gewisse Größe, sondern haben dementsprechend ein großes Volumen.
Des Weiteren sind Vorrichtungen auf ihre Größe und Steifigkeit begrenzt. Daher ist es vor allem bei flexiblen Fertigungssystemen nicht möglich, eine allseitige Bearbeitung des Werkstückes zu ermöglichen. Ebenfalls stellen Vorrichtungen immer eine Nebennutzungszeit dar, weshalb sie aus Kostengründen so gering wie möglich gehalten werden sollen.

Relevanz bei der Fertigung von Drehteilen

Drehmaschinen sind für die verschiedensten Drehverfahren wie Plan-. Rund-, Schraub-, Wälz-, Profil- und Formdrehen konzipiert. Sie zählen zu den spanenden Fertigungsverfahren mit geometrisch bestimmter Schneide. Beim Drehen geschieht das Spanen mit geschlossener, meist kreisförmiger Schnittbewegung. Diese Schnittbewegung erfolgt quer zur Schnittrichtung durch Vorschubbewegungen. Durch die Drehachse wird bei der Schnittbewegung die Lage zum Werkstück unabhängig von der Vorschubbewegung gehalten. Dies liegt daran, dass die Drehachse werkstückgebunden ist. Beim Drehen erzeugt der Hauptantrieb eine rotierende Bewegung des Werkstückes, welches in der Hauptspindel gespannt ist. Das Drehen ist ein subtrahierendes Verfahren, das in der Fertigungstechnik seine Anwendung findet. Daher ist es möglich, in diesem Verfahren eine Vorrichtung zu verwenden. Beispielsweise kann der Einsatz einer Drehteil-Schnellspan-Bohrvorrichtung in der Fertigung hilfreich sein, um Querbohrungen im Drehteil rationell einzusetzen. Dazu wird an der Hauptspindel der Drehmaschine für lange und kurze rotationssymmetrischen Teile Zwei-, Drei- oder Vierbackfutter und Spannzangen angewendet. 

Bei Bauteilen mit Gehäuse und zylindrischer Bohrung kann der Vorrichtungsgrundkörper an die Arbeitsspindel gebunden werden. Dies geschieht mithilfe eines Vorrichtungszwischenflansches auf dem Spindelkopf und die Aufnahme in der kegeligen Spindelbohrung der Hauptspindel.  
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Fazit

Vorrichtungen werden in der spanenden Fertigung dazu verwendet, Bauteile zu fertigen und dabei eine Erhöhung der Flexibilität und die Verkürzung der Nebenzeit zu erreichen. Die Aufgabe von Vorrichtungen besteht darin, die zu fertigenden Werkstücke zu positionieren, zu halten, zu spanen und in manchen Fällen das Werkzeug zu führen. Sie unterstützen den CNC-Fertiger bei der Produktion und sind nicht nur bei Serienfertigungen, sondern ebenfalls bei Einzelteilfertigungen sinnvoll. Aufgrund der Unterstützung findet sie ebenso bei der Fertigung von Drehteile ihre Anwendung. So können die Drehteile mit der gleichen Qualität gefertigt werden. Allerdings dürfen die Kostenpunkte bei der Anschaffung einer Vorrichtung nicht außer Acht gelassen werden, sondern müssen mit den vorhandenen Vorteilen einer Vorrichtung verglichen werden. Auf dieser Basis kann die CNC-Lohnfertigung die Entscheidung treffen, ob sich eine Anschaffung lohnt.

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