Arbeitsgang

Arbeitsgang

Kurz erklärt

Ein Arbeitsgang ist ein zusammenhängender Abschnitt innerhalb eines Fertigungs- oder Bearbeitungsprozesses. Er umfasst eine oder mehrere Tätigkeiten, die an einem Werkstück mit einem bestimmten Ziel durchgeführt werden.

In der Zerspanung kann ein Arbeitsgang beispielsweise sein:

• Planfräsen einer Werkstückfläche,
• Schruppen einer Kontur,
• Schlichten einer Passfläche,
• Bohren mehrerer Bohrungen,
• Drehen eines Außendurchmessers,
• Herstellen eines Gewindes,
• Entgraten des Werkstücks,
• Prüfen eines bearbeiteten Maßes.

Die genaue Verwendung des Begriffs kann je nach Betrieb, Arbeitsplanung, CAM-System oder Fertigungsorganisation unterschiedlich sein. Deshalb sollte aus dem Arbeitsplan eindeutig hervorgehen, welche Bearbeitungen zu einem Arbeitsgang gehören.

Bedeutung in der Fertigung

Ein Werkstück wird normalerweise nicht in einem einzigen Schritt vollständig hergestellt. Der gesamte Fertigungsprozess wird daher in überschaubare Arbeitsgänge gegliedert.

Ein Arbeitsgang beschreibt typischerweise:

• was bearbeitet wird,
• wie die Bearbeitung erfolgt,
• auf welcher Maschine gearbeitet wird,
• welches Werkzeug eingesetzt wird,
• welches Spannmittel verwendet wird,
• welche Schnittwerte gelten,
• welches Ergebnis erreicht werden soll,
• welche Prüfung anschließend erforderlich ist.

Die Gliederung in Arbeitsgänge erleichtert Planung, Durchführung, Kalkulation und Kontrolle der Fertigung.

Beispiele für Arbeitsgänge

Bei der Herstellung eines einfachen gefrästen Bauteils könnte der Arbeitsablauf folgendermaßen gegliedert werden:

1. Rohmaterial absägen.
2. Erste Fläche planfräsen.
3. Werkstück wenden und auf Dicke fräsen.
4. Außenkontur schruppen.
5. Außenkontur schlichten.
6. Bohrungen zentrieren.
7. Bohrungen herstellen.
8. Gewinde schneiden.
9. Kanten entgraten.
10. Maße und Oberflächen prüfen.

Jeder dieser Schritte kann als eigener Arbeitsgang geplant werden. Abhängig von der betrieblichen Organisation können mehrere Schritte auch zu einem gemeinsamen Arbeitsgang zusammengefasst werden.

Bestandteile eines Arbeitsgangs

Ein vollständig beschriebener Arbeitsgang kann folgende Angaben enthalten:

• Arbeitsgangnummer,
• Bezeichnung der Tätigkeit,
• verwendete Maschine,
• Aufspannung,
• Werkstücklage,
• Werkzeug,
• Werkzeugnummer,
• Schnittgeschwindigkeit,
• Drehzahl,
• Vorschub,
• Schnitttiefe,
• Bearbeitungszugabe,
• Kühlschmierstoff,
• Sollmaße und Toleranzen,
• Prüfmittel,
• Bearbeitungszeit,
• Sicherheitshinweise.

Diese Angaben werden häufig in Arbeitsplänen, Einrichteblättern, Werkzeuglisten oder CNC-Unterlagen dokumentiert.

Arbeitsgangnummer

Arbeitsgänge werden häufig nummeriert. Üblich sind Nummernfolgen wie:

• 10,
• 20,
• 30,

Die Abstände zwischen den Nummern ermöglichen es, später zusätzliche Arbeitsgänge einzufügen. Zwischen Arbeitsgang 20 und 30 könnte beispielsweise ein neuer Arbeitsgang 25 ergänzt werden.

In Arbeitsplänen werden dafür auch Abkürzungen wie AG 10 oder AG 20 verwendet.

Arbeitsgang und Bearbeitungsziel

Jeder Arbeitsgang sollte ein eindeutig definiertes Ergebnis besitzen. Dieses kann beispielsweise sein:

• Herstellung einer Bezugsfläche,
• Erreichen eines bestimmten Durchmessers,
• Herstellen einer Passung,
• Erzeugen einer Nut,
• Entfernen der Schruppzugabe,
• Erreichen einer geforderten Oberflächenqualität,
• Vorbereitung für einen folgenden Arbeitsgang.

Das Ergebnis eines Arbeitsgangs bildet häufig die Voraussetzung für den nächsten Schritt.

Eine zunächst gefräste Fläche kann beispielsweise im folgenden Arbeitsgang als Aufspann- oder Bezugsfläche verwendet werden.

Reihenfolge der Arbeitsgänge

Die Reihenfolge der Arbeitsgänge beeinflusst die Qualität und Wirtschaftlichkeit der Fertigung.

Bei der Planung müssen unter anderem berücksichtigt werden:

• Zugänglichkeit der Bearbeitungsflächen,
• geeignete Aufspannmöglichkeiten,
• Aufbau von Bezugsflächen,
• Werkstücksteifigkeit,
• verbleibende Bearbeitungszugaben,
• Wärmeentwicklung,
• möglicher Werkstückverzug,
• Werkzeugwechsel,
• Maschinenwechsel,
• erforderliche Zwischenprüfungen.

Eine ungünstige Reihenfolge kann zusätzliche Aufspannungen, längere Bearbeitungszeiten oder Maßabweichungen verursachen.

Bezugsflächen zuerst herstellen

In vielen Fällen werden zu Beginn geeignete Bezugs- und Aufspannflächen hergestellt. Diese ermöglichen eine eindeutige Positionierung in den folgenden Arbeitsgängen.

Ein typischer Ablauf kann sein:

1. Rohteil auf einer unbehandelten Fläche spannen.
2. Erste Bezugsfläche bearbeiten.
3. Werkstück wenden.
4. Bearbeitete Bezugsfläche als Auflage verwenden.
5. Weitere Flächen und Bohrungen herstellen.

Dadurch lässt sich die Maß- und Lagegenauigkeit verbessern.

Schruppen und Schlichten als getrennte Arbeitsgänge

Schruppen und Schlichten werden häufig als getrennte Arbeitsgänge geplant.

Schruppen

Beim Schruppen wird ein großer Teil des überschüssigen Materials entfernt. Im Vordergrund stehen:

• hohe Abtragsleistung,
• kurze Bearbeitungszeit,
• sichere Spanbildung,
• wirtschaftliche Werkzeugnutzung.

Eine definierte Schlichtzugabe bleibt auf der bearbeiteten Fläche stehen.

Schlichten

Beim Schlichten werden Endmaß, Formgenauigkeit und Oberflächenqualität hergestellt.

Wichtige Ziele sind:

• Einhalten der Maßtoleranz,
• Erreichen der geforderten Oberflächengüte,
• Einhalten der Form- und Lagetoleranzen,
• Vermeiden sichtbarer Bearbeitungsmarken.

Die Trennung ermöglicht unterschiedliche Werkzeuge und Schnittwerte für beide Bearbeitungsziele.

Arbeitsgang beim Fräsen

Ein Fräsarbeitsgang kann eine oder mehrere Fräsoperationen enthalten.

Beispiele sind:

• Planfräsen,
• Konturfräsen,
• Taschenfräsen,
• Nutfräsen,
• Fasenfräsen,
• Gewindefräsen,
• Kopierfräsen,
• Restmaterialbearbeitung.

Innerhalb eines Arbeitsgangs können mehrere Werkzeugwege erforderlich sein. Dazu gehören beispielsweise Zustellbewegungen, Schruppbahnen, Schlichtbahnen und Rückzugsbewegungen.

Arbeitsgang beim Drehen

Typische Arbeitsgänge beim Drehen sind:

• Plandrehen,
• Längsdrehen,
• Außendrehen,
• Innendrehen,
• Einstechen,
• Abstechen,
• Gewindedrehen,
• Bohren auf der Drehmaschine,
• Schlichten einer Passfläche.

Bei Drehteilen wird die Arbeitsgangfolge stark durch die Einspannlage und die erreichbaren Bearbeitungsseiten bestimmt.

Arbeitsgang beim Bohren

Die Herstellung einer genauen Bohrung kann aus mehreren Arbeitsgängen bestehen:

1. Anbohren oder Zentrieren,
2. Vorbohren,
3. Aufbohren,
4. Senken,
5. Reiben,
6. Prüfen.

Nicht jede Bohrung benötigt sämtliche Schritte. Die erforderlichen Arbeitsgänge hängen von Durchmesser, Tiefe, Toleranz und Oberflächenanforderung ab.

Arbeitsgang in der CNC-Bearbeitung

Bei der CNC-Bearbeitung wird ein Arbeitsgang durch ein CNC-Programm oder einen Programmabschnitt umgesetzt.

Darin können enthalten sein:

• Werkzeugaufruf,
• Spindeldrehzahl,
• Vorschubwerte,
• Werkzeugkorrekturen,
• Anfahrbewegungen,
• Bearbeitungsbahnen,
• Kühlschmierstoffbefehle,
• Messzyklen,
• Rückzugsbewegungen.

Ein Arbeitsgang kann aus einem einzelnen Zyklus oder aus einer größeren Folge von CNC-Sätzen bestehen.

Arbeitsgang im CAM-System

In CAM-Systemen werden einzelne Bearbeitungen häufig als:

• Operation,
• Bearbeitung,
• Job,
• Strategie,
• Featurebearbeitung,
• Arbeitsgang

bezeichnet.

Eine CAM-Operation kann beispielsweise das Schruppen einer Tasche oder das Bohren einer Lochgruppe beschreiben.

Mehrere CAM-Operationen können gemeinsam zu einem betrieblichen Arbeitsgang gehören. Die Begriffe sind daher nicht in jedem System vollständig deckungsgleich.

Arbeitsgang und Werkzeugwechsel

Ein Werkzeugwechsel kann die Grenze zwischen zwei Arbeitsgängen bilden, muss es aber nicht zwingend.

Beispielsweise können mit demselben Schaftfräser nacheinander mehrere Flächen bearbeitet werden. Diese Bearbeitungen können:

• als ein gemeinsamer Arbeitsgang,
• als mehrere einzelne Arbeitsgänge,
• als mehrere CAM-Operationen innerhalb eines Arbeitsgangs

dokumentiert werden.

Die gewählte Gliederung sollte für Bediener, Programmierer und Arbeitsplanung eindeutig nachvollziehbar sein.

Arbeitsgang und Aufspannung

Eine Aufspannung beschreibt die Lage, in der das Werkstück gespannt und bearbeitet wird.

Innerhalb einer Aufspannung können mehrere Arbeitsgänge durchgeführt werden. Beispielsweise können ohne Umspannen folgende Bearbeitungen erfolgen:

• Planfräsen,
• Konturfräsen,
• Bohren,
• Senken,
• Gewindeschneiden.

Wird das Werkstück gewendet oder in eine andere Vorrichtung eingespannt, beginnt eine neue Aufspannung. Diese kann wiederum mehrere Arbeitsgänge enthalten.

Unterschied zwischen Arbeitsgang und Aufspannung

Der Arbeitsgang beschreibt einen inhaltlich zusammengehörenden Bearbeitungsschritt.

Die Aufspannung beschreibt die Lage und Befestigung des Werkstücks während der Bearbeitung.

Mehrere Arbeitsgänge können in derselben Aufspannung ausgeführt werden. Umgekehrt kann eine bestimmte Bearbeitungsaufgabe bei komplexen Werkstücken mehrere Aufspannungen erfordern.

Unterschied zwischen Arbeitsgang und Arbeitsvorgang

Die Begriffe Arbeitsgang und Arbeitsvorgang werden in der betrieblichen Praxis teilweise gleichbedeutend verwendet. Abhängig vom verwendeten Planungssystem kann jedoch eine unterschiedliche Gliederung vorgesehen sein.

Häufig bezeichnet ein Arbeitsvorgang einen räumlich und zeitlich abgegrenzten Teil des gesamten Arbeitsablaufs, der an einem bestimmten Arbeitsplatz ausgeführt wird.

Ein Arbeitsgang kann darin einen einzelnen Bearbeitungsabschnitt oder eine zusammengehörende Folge von Tätigkeiten bezeichnen.

Da die Verwendung nicht überall einheitlich ist, sollte die betriebliche Definition im Arbeitsplan oder Planungssystem beachtet werden.

Unterschied zwischen Arbeitsgang und Operation

Der Begriff Operation wird häufig in CNC- und CAM-Systemen verwendet. Er beschreibt dort eine festgelegte Bearbeitung mit einer bestimmten Strategie, einem Werkzeug und definierten Parametern.

Ein Arbeitsgang kann aus mehreren Operationen bestehen.

Beispiel:

Arbeitsgang: Tasche komplett bearbeiten

Dazugehörige Operationen:

1. Tasche vorschruppen,
2. Restmaterial entfernen,
3. Boden schlichten,
4. Wand schlichten,
5. obere Kante fasen.

Je nach betrieblicher Festlegung kann aber auch jede dieser Operationen als eigener Arbeitsgang bezeichnet werden.

Unterschied zwischen Arbeitsgang und Bearbeitungszyklus

Ein Bearbeitungszyklus ist ein wiederverwendbarer, meist programmierter Ablauf für eine bestimmte Aufgabe.

Beispiele sind:

• Bohrzyklus,
• Gewindebohrzyklus,
• Tiefbohrzyklus,
• Dreh-Schruppzyklus,
• Taschenfräszyklus.

Ein Zyklus kann Bestandteil eines Arbeitsgangs sein. Der Arbeitsgang beschreibt das Bearbeitungsziel, während der Zyklus den programmierten Bewegungsablauf vorgibt.

Unterschied zwischen Arbeitsgang und Fertigungsverfahren

Ein Fertigungsverfahren bezeichnet die grundsätzliche Art der Herstellung oder Bearbeitung, beispielsweise:

• Drehen,
• Fräsen,
• Bohren,
• Schleifen,
• Sägen,
• Härten,
• Schweißen.

Ein Arbeitsgang ist dagegen die konkrete Anwendung eines solchen Verfahrens an einem bestimmten Werkstück.

Beispiel:

• Fertigungsverfahren: Fräsen
• Arbeitsgang: Oberseite des Werkstücks auf Endmaß planfräsen

Unterschied zwischen Arbeitsgang und Tätigkeit

Eine Tätigkeit ist eine einzelne menschliche oder maschinelle Handlung.

Beispiele sind:

• Werkstück einlegen,
• Spannschraube anziehen,
• Werkzeug aufrufen,
• Messung durchführen,
• Werkstück entnehmen.

Ein Arbeitsgang kann aus mehreren Tätigkeiten bestehen, die gemeinsam zu einem festgelegten Bearbeitungsergebnis führen.

Hauptzeit und Nebenzeit

Die für einen Arbeitsgang benötigte Zeit kann in unterschiedliche Zeitanteile gegliedert werden.

Hauptzeit

Während der Hauptzeit wird die vorgesehene Veränderung am Werkstück unmittelbar durchgeführt, beispielsweise durch Spanen.

Nebenzeit

Zur Nebenzeit können gehören:

• Werkstück einlegen,
• Werkstück spannen,
• Werkzeug wechseln,
• Maße prüfen,
• Maschine starten,
• Werkstück entnehmen,
• Späne entfernen.

Rüstzeit

Die Rüstzeit entsteht durch das Vorbereiten der Maschine für einen Auftrag. Dazu gehören beispielsweise:

• Vorrichtung montieren,
• Werkzeuge einsetzen,
• Werkstücknullpunkt einrichten,
• CNC-Programm laden,
• erstes Werkstück einfahren.

Die genaue Zeitgliederung richtet sich nach dem verwendeten betrieblichen System.

Arbeitsgang und Kalkulation

Arbeitsgänge bilden eine wichtige Grundlage für die Kostenberechnung.

Für jeden Arbeitsgang können ermittelt werden:

• Maschinenzeit,
• Personalzeit,
• Rüstzeit,
• Werkzeugkosten,
• Prüfkosten,
• Materialverbrauch,
• externe Bearbeitungskosten.

Die Summe der Arbeitsgangkosten ergibt einen wesentlichen Teil der Fertigungskosten des Werkstücks.

Arbeitsgangplanung

Bei der Planung eines Arbeitsgangs werden geeignete Fertigungsmittel und Prozessparameter festgelegt.

Dazu gehören:

• Maschine,
• Spannmittel,
• Aufspannung,
• Werkzeug,
• Bearbeitungsstrategie,
• Schnittwerte,
• Kühlschmierstoff,
• Prüfmittel,
• Qualitätsanforderungen,
• Sicherheitsmaßnahmen.

Ziel ist ein sicherer, wirtschaftlicher und reproduzierbarer Fertigungsablauf.

Optimierung von Arbeitsgängen

Arbeitsgänge können optimiert werden, indem unnötige Bewegungen, Werkzeugwechsel und Aufspannungen reduziert werden.

Mögliche Maßnahmen sind:

• mehrere Flächen in einer Aufspannung bearbeiten,
• Werkzeugwege verkürzen,
• geeignete Kombinationswerkzeuge einsetzen,
• Bearbeitungsreihenfolge verbessern,
• Mehrfachspannungen verwenden,
• Messungen in den Maschinenablauf integrieren,
• Werkzeuge nach Bearbeitungsbereichen gruppieren,
• Nullpunktspannsysteme einsetzen,
• Schnittwerte anpassen.

Die kürzeste Bearbeitungszeit ist jedoch nicht immer die wirtschaftlichste Lösung. Werkzeugstandzeit, Prozesssicherheit und Ausschussrisiko müssen ebenfalls berücksichtigt werden.

Prüfung nach einem Arbeitsgang

Nach einem Arbeitsgang können die erzeugten Merkmale kontrolliert werden.

Typische Prüfungen betreffen:

• Maße,
• Form,
• Lage,
• Oberfläche,
• Gratbildung,
• Vollständigkeit der Bearbeitung,
• Beschädigungen.

Die Prüfung kann erfolgen:

• manuell mit einem Prüfmittel,
• direkt in der Werkzeugmaschine,
• automatisch durch einen Messtaster,
• auf einer separaten Messmaschine,
• visuell durch den Bediener.

Kritische Merkmale sollten möglichst geprüft werden, bevor eine fehlerhafte Bearbeitung in den nächsten Arbeitsgang übernommen wird.

Dokumentation

Eine eindeutige Dokumentation verhindert Missverständnisse zwischen Arbeitsplanung, Programmierung, Werkzeugvoreinstellung, Maschinenbedienung und Qualitätssicherung.

Zum Arbeitsgang können folgende Unterlagen gehören:

• Arbeitsplan,
• Zeichnung,
• CNC-Programm,
• Einrichteblatt,
• Spannplan,
• Werkzeugliste,
• Prüfplan,
• CAM-Dokumentation,
• Bearbeitungsskizze.

Änderungen sollten nachvollziehbar dokumentiert werden.

Typische Planungsfehler

Häufige Fehler bei der Arbeitsgangplanung sind:

• ungünstige Bearbeitungsreihenfolge,
• fehlende Bezugsflächen,
• zu viele Aufspannungen,
• unzureichende Werkzeugzugänglichkeit,
• instabile Werkstückspannung,
• fehlende Schlichtzugabe,
• ungeeignete Werkzeuge,
• nicht berücksichtigter Werkstückverzug,
• fehlende Zwischenprüfung,
• unklare Arbeitsanweisung,
• Kollisionen zwischen Werkzeug und Spannmittel,
• fehlende Entgratung vor dem nächsten Aufspannen.

Sicherheit

Jeder Arbeitsgang muss so geplant werden, dass Werkstück, Werkzeug und Maschine sicher betrieben werden können.

Vor der Ausführung sind unter anderem zu prüfen:

• sichere Werkstückspannung,
• geeignetes Werkzeug,
• zulässige Drehzahl,
• korrekte Schnittwerte,
• ausreichende Kollisionsfreiheit,
• wirksame Späneabfuhr,
• richtige Werkzeugkorrektur,
• geschlossene Schutzeinrichtungen,
• eindeutiger Programmstartpunkt.

Nach Änderungen an einem CNC-Programm sollte der Arbeitsgang kontrolliert eingefahren werden.

Zusammenfassung

Ein Arbeitsgang ist ein zusammenhängender Abschnitt eines Fertigungsprozesses, mit dem ein bestimmtes Bearbeitungs- oder Prüfergebnis erreicht wird. Er kann eine einzelne Tätigkeit, mehrere Bearbeitungen oder mehrere CAM-Operationen umfassen.

Zur eindeutigen Beschreibung eines Arbeitsgangs gehören insbesondere:

• Bearbeitungsziel,
• Maschine,
• Aufspannung,
• Werkzeug,
• Schnittwerte,
• Qualitätsanforderungen,
• Prüfmittel,
• Zeitvorgaben.

Arbeitsgänge strukturieren den Fertigungsablauf und bilden eine wichtige Grundlage für CNC-Programmierung, Arbeitsplanung, Kalkulation und Qualitätssicherung. Die genaue Abgrenzung zu Arbeitsvorgang und Operation kann je nach Betrieb oder Softwaresystem unterschiedlich sein und sollte deshalb eindeutig dokumentiert werden.