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Vorrichtungen beim Fräsen

Für die Fertigung nutzen manche Unternehmen sogenannte Vorrichtungen.
Durch diese können die Unternehmen einen Prozess mit reproduzierbarer und hoher Qualität gewährleisten.
Was man unter dem Begriff „Vorrichtung“ versteht? Welche Vor- und Nachteile bietet diese Art der Unterstützung bei der Fertigung?
Und welche Relevanz gibt es bei der Fertigung von Frästeilen?

Vorrichtungsbau – Eine Definition

Bei einer Vorrichtung handelt es sich um technisches Hilfsmittel für die Serienfertigung oder Kleinserienfertigung. Sie ist an das Werkstück gebunden und steht in Beziehung zu fertigungstechnisch notwendigen Bearbeitungs-, Montage- oder Hilfsvorgängen. Vorrichtungen dienen dazu Werkstücke zu positionieren, in ihrer Lage zu halten, festzuspannen und manchmal auch um das Werkzeug zu führen. Sie sind also Hilfsmittel, um die Qualität zu gewährleisten und die Arbeit zu erleichtern.
Wichtig zu beachten sind dabei die Wechselwirkung. Dies bestehen zwischen Spannkraft, Werkstück und Spannvorrichtung und dürfen die festgelegte Position und Orientierung des Werkstücks vor und während der Bearbeitung nicht aus den zulässigen Grenzen drängen.

Bei unkontrollierten Abweichungen aus der Soll-Lage würde es zu einem Fertigungsfehler kommen. Vorrichtungen können hierbei in Spannvorrichtung, Positioniervorrichtung und Vorrichtung beim Kleben unterteilt werden. Die Spannvorrichtung kann den Aufwand minimieren, da diese das Werkstück positioniert und spannt. Wenn diese auf den Prozess abgestimmt ist, können die Rüst- und Arbeitszeiten und Verschwendungen reduziert werden. Die Positioniervorrichtung bringt und hält das Werkstück in der zuvor definierten Position. Anders funktioniert die Vorrichtung beim Kleben, welche das Werkstücke „nur“ hält, bis der aufgetragene Kleber getrocknet ist.

Funktionen einer Vorrichtung

In einer Vorrichtung hat jedes Bauelement eine bestimmte Funktion.

So gibt es Lagebestimmelemente, welche die Werkstücke aufnehmen und sie in ihrer Lage bestimmen, sodass kein Ausrichten der Werkstücke nötig ist. Die Spannelemente verstärken die Kraft und geben sie an die Hilfsspannelemente weiter, die sie auf das Werkstück übertragen.
Der Vorrichtungskörper ist Träger der Spann- und Bestimmungselemente einer Vorrichtung und bildet die Verbindung zum Maschinentisch
Beim Einsatz einer Spannvorrichtung laufen folgende Teilfunktionen in chronologischer Folge ab, welche der Bediener zu beachten hat. Zuerst kommt die einmalige Positionierung und Sicherung der Vorrichtung auf dem Maschinentisch. Hier wird das Werkzeug zum Werkstück eingerichtet. Als nächstes wird das Werkstück in die Vorrichtung eingelegt und es findet eine Bestimmung und Positionierung des Werkstücks (Kontrolle der Bestimmlage) statt. Dann kann die Bearbeitung und das Zerspanen beginnen. Schließlich wird das Werkstück aus der Vorrichtung genommen und Späne werden aus der Vorrichtung beseitigt und die Vorrichtung wird gereinigt.

Vorteile des Vorrichtungsbaues

Beachtliche Vorteile der Vorrichtungsbaues liegen in der Technik.
So können Vorrichtungen sowohl Einsatz in NC- als auch in CNC-gesteuerten Werkzeugmaschinen finden. Auch wenn Änderungen am Werkstück vorgenommen werden, können schnell Anpassungen an der Vorrichtung vorgenommen werden. Ein weiterer Vorteil des Vorrichtungsbaues ist der schnelle Einsatz bei erneutem Wiederaufbau unvorhergesehener Wiederfertigung eines Werkstückes.
Des Weiteren sicheren Vorrichtungen hohe Genauigkeit und Maßhaltigkeit während der Bearbeitung, welches sich in der Qualität der Bauteile widerspiegelt. Sie verkürzen Nebenzeiten für das Ausrichten, Spannen und Messen und sorgen dafür, dass Nebenarbeiten wie Anreißen, Ankörnen und Anpassen entfallen. Weiterhin sichern Spannvorrichtungen die kurze Hilfszeiten für das Bestimmen,
Spannen und Messen. Sie senken den Ausschussanteil und nutzen durch Zeitüberlagerung die Bearbeitungsmaschine besser aus.

Des Weiteren ermöglicht der Einsatz von Vorrichtungen, den körperlichen Einsatz der Fertiger zu reduzieren. Dies führt zu einer deutlichen Arbeitserleichterung.

Vorteile im Überblick

  • Verkürzung der Nebenzeit
  • hohe Genauigkeit und Maßhaltigkeit
  • Arbeitserleichterung für Fertiger
  • Ausschussanteil sinkt
  • Einsatz in NC- und CNC-Werkzeugmaschinen

Nachteile des Vorrichtungsbaues

Nachteile im Überblick

  • Hohe Anschaffungskosten
  • Hohe Bauteilelager- und Montageraumkosten
  • Kapitalbindung an die Vorrichtung
  • Größe, Volumen und Flexibilität begrenzt
  • Beschädigung durch mangelnde Nutzung (Rost, o.ä.)

Jedoch gibt es im Vorrichtungsbau auch, neben den erwähnten Vorteilen, einige Nachteile. Einer dieser Nachteile ist der Kostenfaktor. So sind die Anschaffungskosten des Bausatzes recht hoch und auch die Bauteilelager- und Montageraumkosten summieren sich. Ein weiterer wichtiger Aspekt, welcher zu beachtet ist 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. Zudem besteht bei einer geringen Inbetriebnahme die Gefahr der Beschädigung, wie beispielsweise die Entstehung von Rost. Ein weiterer negative Aspekt einer Vorrichtung, fällt unter den Bereich der Technik. So sind das Gewicht und die Menge an Volumen meist größer als bei Sondervorrichtungen. Vorrichtungen sind in ihrer Größe und Steifigkeit begrenzt, so ist es vor allem bei flexiblen Fertigungssystemen nicht möglich, eine allseitige Bearbeitung des Werkstückes zu ermöglichen.

Relevanz in der Fertigung von Frästeilen

Beim Fräsen handelt es sich um ein spanendes Bearbeitungsverfahren, wobei das Fräswerkzeug sich bewegt, und das Werkstück fixiert ist.
Das Werkzeug fährt durch das Werkstück und trägt dabei, über die X-, Y- und Z-Achse Material ab.  Zu den gängigsten Fräsverfahren zählen dabei, das Gewindefräsen, das 3-Achs-Fräsen, das 5-Achs-fräsen und das Planfräsen. Das Fräsen ist ein subtrahierendes Verfahren, das in der Fertigungstechnik seine Anwendung findet. Daher ist es möglich, in diesem Verfahren eine Vorrichtung zu verwenden. Wichtig bei Fräsvorrichtungen ist, dass die Zerspankräfte gegen Auflageelement der Vorrichtung wirken sollen und die Kraftübertragendenteile der Vorrichtung sehr steif sind, sodass keine Elemente verbiegen. Fräsvorrichtungen können dabei nach „Anzahl der bearbeitenden Werkstücke“ oder nach „nach Art der Betätigung des Spannelementes“ unterteilt werden. Wenn nach Anzahl der bearbeitenden Werkstücke unterteilt wird, kann man zwischen einer Einfachfräsvorrichtungen oder einer Mehrfachfräsvorrichtungen unterscheiden.

Bei der Unterteilung nach Art der Betätigung des Spannelementes, kann in Handfräsvorrichtungen, Pneumatisch betätigte Vorrichtungen oder Hydraulisch betätigte Vorrichtungen unterschieden werden.

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. Eine Vorrichtung hat die Aufgabe Werkstücke zu positionieren, in ihrer Lage zu halten, festzuspannen und manchmal auch das Werkzeug zu führen. Sie bieten Arbeitsunterstützung für den Fertiger und können in NC- und CNC-gesteuerten Maschinen eingesetzt werden. Mithilfe einer Vorrichtung können Frästeile mit hoher Qualität und weniger Aufwand gefertigt werden. Aber auch die negativen Aspekte müssen beachtet werden und bei der Entscheidung, ob eine Vorrichtung angeschafft werden soll, genauso einbezogen werden wie die positiven Aspekte.

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