CNC Fertigung schneller und hindernisfrei mit dem Vakuumtisch

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In diesem Artikel erfährst Du, was ein Vakuumtisch genau ist und wie Du damit viel Zeit und Kosten sparen kannst. Vielleicht willst Du auch wissen wie du die Spannkraft berechnen kannst. Ansonsten findest Du abschließend noch einen Überblick über die wichtigsten Vor -und Nachteile eines Vakuumtisches. Na dann mal los…

Warum braucht man einen Vakuumtisch?

CNC Fräsen am Vakuumtisch

Fräsen mit dem Vakuumtisch (Lochrasterplatte)
tweakie.cnc / Foter / (CC BY 2.0)

Nebenzeiten blockieren die Maschine, bringen aber keinen Produktionsfortschritt. Produzierende Gewerbe und Werkzeugmaschinenbauer sind daher bestrebt, Rüstzeiten zu verkürzen. Ein Mittel dazu ist der Vakuumtisch. Einerseits erlaubt er ein schnelles Ein- und Ausspannen von Werkstücken, andererseits lässt die Aufspannung auf dem Vakuumtisch, abgesehen von der Aufstandsfläche, alle Seiten für die Bearbeitung frei. Dadurch ist ein Umspannen seltener erforderlich. Bei einem Unterdrucktisch wird die herkömmliche T-Nutenplatte durch eine Lochrasterplatte mit Pneumatikkammer ersetzt.

Wie funktioniert ein Vakuumtisch in einer Werkzeugmaschine?

Der Vakuumtisch besteht aus einer Vakuumpumpe, einer Unterdruckkammer sowie einer glatten und üblicherweise planen, aber gelochten Aufspannplatte aus z.B. Aluminium. Die Vakuumpumpe wird mit Pneumatikschläuchen mit der Unterdruckkammer bzw. der gelochten Aufspannplatte verbunden. Wenn Du ein Werkstück mit einer ausreichend großen, ebenen Fläche auf die Aufspannfläche stellst, überdeckt es einige Löcher in der Platte.

Verringerst Du anschließend mit der Vakuumpumpe den Luftdruck in der Unterdruckkammer, entsteht eine Haltekraft, die von der Aufstandsfläche und der Höhe des Unterdrucks abhängt.

Wie Du die Spannkraft des Vakuumtisches berechnest

Physikalisch möglich ist eine Druckdifferenz von bis zu einem Bar. Das entspricht genau zehn Newton pro Quadratzentimeter (10N/cm²). Bei maximalem Unterdruck und einer zusammenhängenden, glatten Aufspannfläche des Werkstücks entspricht also die Ansaugkraft auf jeden Quadratzentimeter ganz grob der Gewichtskraft von 1 kg.

Die Spannkraft an der Vakuumplatte lässt sich aber noch genauer berechnen. Der physikalische Zusammenhang zwischen Druck p, Kraft F und druckbeaufschlagter Fläche A wird durch die folgende Formel beschrieben:

F = p * A

Die Fläche A setzt sich beim Vakuumspanntisch aus der Summe der Einzelflächen der durch das Bauteil abgedeckten Löcher zusammen. Vereinfacht gesagt: Man zählt die Anzahl n der Löcher die durch das Werkstück abgedeckt werden und berechnet im Anschluss die Fläche A1 eines Loches. Somit ergibt sich durch Multiplikation die Spannfläche A:

A = n * A1

Da Vakuumpumpen eine Druckdifferenz von 1 bar, aber vergleichsweise geringe Volumenströme erzeugen, kann es bei kleinen Werkstücken erforderlich sein, einen Teil der freibleibenden Flächen der Vakuumplatte abzudecken. Anderenfalls ist die Pumpe nicht in der Lage, den erforderlichen Unterdruck aufzubauen. Für dieses Abdecken eignen sich alle flachen, einigermaßen glatten und luftundurchlässigen Materialien. Üblicherweise kannst Du Kunststofffolien und Bleche, aber auch ausreichend starkes Papier verwenden.

Pro und Kontra Vakuumtisch

1. Du kannst schnellere Werkstückwechsel durchführen

Vorteilhaft am Vakuumtisch als Aufspannung in der CNC Werkzeugmaschine ist, dass Du den Werkstückwechsel besonders schnell durchführen kannst. Nach dem Positionieren eines Werkstücks und dem Erzeugen des Unterdrucks ist es praktisch sofort fixiert und Du kannst mit der Bearbeitung beginnen.

Umgekehrt wird das Werkstück unmittelbar freigegeben, sobald Du den Unterdruck abschaltest. Sofern Du keine Abdeckungen von Freiflächen vornehmen oder verändert musst, reduziert der Vakuumtisch daher die Nebenzeiten der Werkzeugmaschine auf ein Minimum.

2. Der Vakuumtisch ist für nichtmagnetische Materialien geeignet

In dieser Hinsicht ähnelt der Vakuumspanntisch dem Magnettisch. Im Gegensatz zum Magnettisch eignet sich der Vakuumtisch auch für Werkstoffe ohne ferromagnetische Eigenschaften, wie z.B. Aluminium, Messing oder Kunststoff sowie einige Edelstähle.

3. Wie Du durch einen Vakuumspanntisch Kollisionen vermeidest

Sowohl der Vakuumtisch als auch der Magnettisch haben den Vorteil, dass die Aufspannung auf einer völlig ebenen Fläche erfolgt und keine Halter oder Spanneinrichtungen in den Arbeitsraum hinein ragen. Dadurch ermöglicht der Vakuumtisch eine vollflächige Bearbeitung der Oberseite und aller Seitenflächen. Außerdem verringert er in der CNC Maschine die Kollisionsgefahr des Werkzeugs mit anderen Maschinenteilen. Dies vereinfacht auch die Bahnplanung während der CAM Programmierung.

4. Einziger Nachteil: Große Werkstückfläche zum Spannen notwendig

Auf der anderen Seite setzt der Vakuumtisch eine ausreichend große Werkstückfläche für die Aufspannung voraus, die zudem eben sein oder zumindest einen geschlossenen Rand besitzen muss und dann keine Bohrungen aufweisen darf.
Bei kleinen und durchlöcherten Werkstücken musst du dann recht aufwändig die Bohrungen abdecken. Auch kann es sein, dass die Fläche des Kleinteils zu gering ist, um eine ausreichende Spannkraft am Unterdrucktisch zu erzeugen.

Überblick der Vor – und Nachteile eines Vakuumtisches

Vorteile

  • Schnelle Werkstückwechsel
  • Ebenfalls geeignet für nichtmagnetische Werkstoffe
  • Durch Schalten von Pneumatikventilen in die CNC Steuerung integrierbar
  • Einfachere Bahnplanung der Werkzeugverfahrwege

Nachteile

  • Nur für Werkstücke mit umlaufender Kante optimal geeignet
  • Werkstücke mit durchgehenden Bohrungen nur bedingt spannbar
  • Die notwendige Spannkraft  wird nur durch eine ausreichend große Spannfläche erreicht
  • Zusätzliches Equipment für die CNC Maschine notwendig

Fazit

Der Vakuumtisch erleichtert die Bearbeitung von Werkstücken in Werkzeugmaschinen durch einen verringerten Zeitaufwand beim Aufspannen sowie durch den freien Zugang zu allen Werkstückseiten. Zu beachten ist, dass bei kleinen Werkstücken oder zu unebenen Aufspannflächen der Unterdruck eventuell für einen festen Sitz nicht ausreicht und Du gegebenenfalls Freiflächen abdecken musst.

Bezugsquellen für Vakuumtische:

http://www.vakuumtisch.de

http://www.cnc-plus.de/Spanntechnik/Vakuumtische/

 

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