Fünf Achsen sind nur dann sinnvoll, wenn sie auch für das Werkstück genutzt werden. Eine flache Platte mit Bohrungen auf der Oberseite wird nicht automatisch besser, nur weil sie auf einer komplexeren Maschine bearbeitet wird. Anders sieht es bei Blisks, Laufrädern, tiefen Kavitäten oder Gehäusen mit abgewinkelten Flächen aus: Weniger Aufspannungen, kürzere Werkzeuge und besserer Zugang können die Mehrinvestition rechtfertigen.
Der sinnvolle Vergleich von 3-Achs- und 5-Achs-Bearbeitungszentren beginnt mit der Werkzeugzugänglichkeit. Markieren Sie jedes Merkmal in der Zeichnung und prüfen Sie, ob der Fräser es von einer Seite aus erreichen kann. Zählen Sie anschließend die Umdrehungen und Nachspannvorgänge, die zum Fertigstellen des Werkstücks erforderlich sind. Dies zeigt, ob die zusätzliche Drehbewegung ein wiederkehrendes Produktionsproblem löst oder lediglich den Anschaffungspreis erhöht.
Dieser Leitfaden richtet sich an Ingenieure und Einkäufer, die zwischen einer Standard-Vertikalmaschine, einem 3+2-Positionen-Bearbeitungsverfahren und einer simultanen Fünf-Achs-Bearbeitung wählen. Er konzentriert sich auf das fertige Bauteil, das Rüstrisiko, den Programmieraufwand und die Kosten pro akzeptablem Bauteil.
3-Achs- vs. 5-Achs-Bearbeitungszentrum: Die Kurzfassung
- Wählen Sie drei Achsen für Platten, Halterungen, Formbasen, Vorrichtungen und Teile, die hauptsächlich von oben gefertigt werden.
- Die 3+2-Bearbeitung sollte in Betracht gezogen werden, wenn das Werkstück mehrere Winkelflächen aufweist, aber jeder Schneidvorgang bei fixierten Drehachsen abgeschlossen werden kann.
- Die simultane Fünf-Achs-Bearbeitung sollte in Betracht gezogen werden, wenn sich die Werkzeugausrichtung während des Schnitts ändern muss oder wenn bei komplexen Oberflächen und tiefem Zugang kürzere Werkzeuge von Vorteil sind.
- Vergleichen Sie den gesamten Herstellungsprozess, wenn das Teil auf beide Arten gefertigt werden kann. Rüstzeiten, Inspektion, Vorrichtungskosten, Programmierung und Jahresvolumen können die Wirtschaftlichkeit beeinflussen.
Eine Fünf-Achs-Maschine ist nicht automatisch schneller. Bei einem einfachen Werkstück kann sie mehr Zeit für Berechnungen und Bewegungen benötigen. Ihr Vorteil zeigt sich, wenn zwei Drehachsen die Handhabung vereinfachen, den Zugang verbessern oder das Werkzeug in einer optimalen Schnittposition halten.
Was die Achsen tatsächlich verändern
Ein Drei-Achs-Bearbeitungszentrum bewegt sich entlang der X-, Y- und Z-Achse. Das Werkzeug nähert sich dem Werkstück aus einer festen Position, üblicherweise oberhalb des Tisches bei einer Vertikalmaschine. Für seitliche Merkmale muss das Werkstück manuell oder mithilfe einer zusätzlichen Drehachse gedreht werden.
Ein Fünf-Achs-Bearbeitungszentrum verfügt über zwei zusätzliche Drehachsen. Je nach Maschinenkonstruktion kann sich der Tisch, der Kopf oder beides drehen. Die Übersicht von Autodesk zu den Achsen der Fünf-Achs-Bearbeitung erläutert die drei linearen Achsen und die zwei zusätzlichen Drehrichtungen.
Der entscheidende Vorteil liegt in der Ausrichtung. Der Fräser kann eine andere Fläche anfahren, ohne dass der Bediener das Werkstück entfernen muss. Bei der simultanen Fünf-Achs-Bearbeitung kann die Ausrichtung während des Fräsvorgangs kontinuierlich geändert werden.
Die Teilegeometrie sollte die Entscheidung bestimmen.
Zeichnen Sie von jedem bearbeiteten Merkmal eine Linie in die Richtung, in die das Werkzeug fahren soll. Zeigen die meisten Linien nach oben, ist eine Drei-Achs-Bearbeitung vielversprechend. Zeigen die Linien in verschiedene Richtungen, benötigt der Prozess möglicherweise einen Drehtisch, mehrere Vorrichtungen oder eine Fünf-Achs-Bearbeitung.
Tiefe Kavitäten erfordern besondere Aufmerksamkeit. Ein feststehendes vertikales Werkzeug benötigt unter Umständen einen langen Halter und einen langen Schneidkopf, um die Wände zu überwinden. Dies erhöht die Durchbiegung und das Risiko von Vibrationen. Durch Neigen des Werkstücks oder des Werkzeugs kann Freiraum für eine kürzere Baugruppe geschaffen werden, wobei jedoch der Rotationsbereich und die Kollisionszonen überprüft werden müssen.
Komplexität allein erfordert nicht zwangsläufig fünf Achsen. Ein Bauteil kann komplex aussehen und dennoch mit nur zwei einfachen, indizierten Positionen gefertigt werden. Umgekehrt kann ein optisch einfaches Bauteil mit präzisen Beziehungen zwischen abgewinkelten Bohrungen von einer Fünf-Achs-Bearbeitung profitieren.
Die Reduzierung der Rüstzeiten ist oft der stärkste Business Case.
Jeder erneute Spannvorgang erfordert zusätzliche Handhabung, Reinigung, Markierung, Messung und Erstteilprüfung. Zudem besteht die Möglichkeit einer Bezugspunktverschiebung. Wenn Merkmale auf verschiedenen Flächen eng miteinander verbunden bleiben müssen, kann die Reduzierung der Rüstzeiten wichtiger sein als die reine Schnittgeschwindigkeit.
Stellen Sie sich eine kompakte Halterung im Luft- und Raumfahrtstil vor, mit Aussparungen an der Oberseite, Bohrungen an zwei Seiten und einer abgewinkelten Montagefläche. Für eine Drei-Achs-Bearbeitung können mehrere Vorrichtungen benötigt werden. Eine Fünf-Achs-Bearbeitung kann die meisten Merkmale von einer einzigen Basis aus bearbeiten. Der Vorteil liegt nicht in der höheren Bearbeitungsgeschwindigkeit, sondern darin, dass die Bezugsebene am Werkstück verbleibt.
Dieser Vorteil muss sich wiederholen. Bei einem einzelnen Prototyp kann ein erfahrener Bediener das Teil wirtschaftlicher drehen. Bei einer monatlich produzierten, stabilen Produktfamilie summieren sich die eingesparten Rüstvorgänge zu einem überzeugenden Argument für die Drehfunktion.
3+2-Bearbeitung und simultane Fünf-Achs-Bearbeitung sind unterschiedlich
Bei der 3+2-Bearbeitung positionieren die Drehachsen das Werkstück oder den Bearbeitungskopf und fixieren ihn anschließend, während die X-, Y- und Z-Achse den Schnitt ausführen. Dieses Verfahren eignet sich für schräge Bohrungen, Flächen und Taschen, bei denen die Ausrichtung während des Schnitts nicht geändert werden muss.
Die simultane Fünf-Achs-Bearbeitung bewegt Linear- und Drehachsen synchron. Sie kann modellierten Oberflächen folgen, die Werkzeugausrichtung beibehalten, Hindernissen ausweichen und den Kontakt bei komplexen Geometrien steuern. Sie erfordert jedoch auch eine fortgeschrittenere Programmierung, Kollisionsprüfung, Nachbearbeitung, Kalibrierung und ein tieferes Verständnis des Bedieners.
Bezahlen Sie nicht für die simultane Bearbeitung, nur weil das Teil fünf Seiten hat. Bitten Sie den Programmierer, zu ermitteln, welche Operationen tatsächlich eine kontinuierliche Drehbewegung erfordern. Viele Teile erzielen den größten Nutzen beim Rüsten durch eine 3+2-Positionierung.
Werkzeugreichweite und Oberflächengüte können sich mit der Ausrichtung ändern.
Lange Werkzeuge verbiegen sich leichter als kurze. Sie können rattern, den Vorschub begrenzen, die Werkzeugstandzeit verkürzen und die Bearbeitung feiner Oberflächen erschweren. Eine Fünf-Achs-Ausrichtung kann es ermöglichen, mit einem kürzeren Werkzeug auch tiefe oder schräge Konturen zu bearbeiten.
Bei profilierten Oberflächen kann die Steuerung des Werkzeugwinkels das Schneiden nahe der Mitte eines Kugelfräsers vermeiden, wo die effektive Schnittgeschwindigkeit gering ist. Dies kann zu einer stabileren Oberfläche oder einer anderen Zustellungsstrategie führen. Da dies von der Geometrie, dem Fräser, der Bahn und der Maschinendynamik abhängt, sollte es durch repräsentative Programmierung oder einen Probeschnitt überprüft werden.
Programmierung und Kollisionsvermeidung benötigen ein realistisches Budget
Ein Drei-Achs-Programm ist in der Regel einfacher zu erstellen, zu simulieren, zu testen und zwischen Maschinen zu übertragen. Die Fünf-Achs-Bearbeitung bringt zusätzliche Herausforderungen mit sich: Rotationsgrenzen, Singularitäten, Werkzeugmittelpunktsteuerung, Nachbearbeitungsqualität, Vorrichtungsmodelle und mehr Kollisionsmöglichkeiten.
Die Maschinenbeschaffung sollte daher eine Software- und Kompetenzprüfung umfassen. Prüfen Sie, ob das CAM-System die erforderlichen Strategien unterstützt, ob ein validierter Postprozessor verfügbar ist und wer für zukünftige Änderungen zuständig ist. Die Simulation sollte Maschine, Spindel, Werkzeughalter, Vorrichtung und Werkstück umfassen, nicht nur das Schneidwerkzeug.
Auch die Wiederherstellung der Bedienerposition ist wichtig. Ein Prozess kann reibungslos verlaufen, bis ein Werkzeug ausfällt, der Zyklus unterbrochen wird oder ein manueller Neustart erforderlich ist. Das Team benötigt eine sichere Methode, um zum Programm zurückzukehren, ohne die Drehposition zu verlieren oder die Vorrichtung zu berühren.
Die Genauigkeit hängt von der Kalibrierung, der Werkstückspannung und dem Abnahmeteil ab.
Durch das Hinzufügen von Drehachsen erhöht sich die zu steuernde Geometrie. Die Maschine muss die Beziehungen zwischen Linearachsen, Drehzentren, Spindel, Werkzeuglänge, Messtaster und Werkstück kennen. Kalibrierungs- und Aufwärmverfahren werden daher zu wichtigen Bestandteilen einer reproduzierbaren Fertigung.
Eine Fünf-Achs-Maschine kann die Passgenauigkeit der Fertigteile durch weniger Rüstvorgänge verbessern, während ein schlecht kalibriertes Drehsystem eigene Fehler verursachen kann. Eine Drei-Achs-Maschine mit stabiler Werkstückspannung kann ein Fünf-Achs-Verfahren übertreffen, dessen Leistungsfähigkeit jedoch noch nicht erprobt ist.
Definieren Sie die Akzeptanzkriterien hinsichtlich des Teilerisikos. Bei der 3-Achs-Bearbeitung kann dies beispielsweise ein Lochmuster, eine Bohrung oder eine Planheitsanforderung über den Verfahrweg sein. Bei der 5-Achs-Bearbeitung sollten Sie Merkmale einbeziehen, die Winkelpositionen und die Beziehungen zwischen den Flächen prüfen. Überprüfen Sie die Prüfmethode, bevor die Versuche beginnen.
Vergleiche die gesamten Prozesskosten, nicht die Anzahl der Achsen.
| Kostenfaktor | Drei-Achsen-Route | Fünf-Achsen-Route |
|---|---|---|
| Investitionen in Maschinen | Normalerweise niedriger | Normalerweise höher |
| Vorrichtungen und Aufbauten | Möglicherweise werden mehrere Befestigungselemente benötigt. | Kann mehrere Ausrichtungen zusammenfassen |
| Programmierung | Weit verbreiteter verfügbar und leichter nachzuweisen | Höhere Anforderungen an CAM, Postproduktion, Simulation und Fertigkeiten |
| Werkzeugreichweite | Für den Zugang zu tieferen Bereichen können längere Werkzeuge erforderlich sein. | Durch Neigen können kürzere Werkzeuge verwendet werden. |
| Datumsübertragung | Höheres Risiko beim erneuten Einspannen des Teils | Weniger Wiederanklemmen können Beziehungen erhalten |
| Wartung und Kalibrierung | Einfacheres Achsensystem | Rotationssysteme erfordern Kalibrierung und Wartung. |
Schätzen Sie beide Produktionswege über ein ganzes Jahr. Berücksichtigen Sie dabei Programmierung, Vorrichtungen, Einrichtungsqualifizierung, Handhabung, Messtechnik, Zykluszeit, Inspektion, Nacharbeit, Ausschuss, Wartung, Schulung und Maschinenauslastung. Eine Fünf-Achs-Maschine kann pro einwandfreiem Teil kostengünstiger sein, selbst wenn ihr Anschaffungspreis höher ist. Allerdings kann das Bohren von Löchern in eine Platte damit auch eine teure Angelegenheit sein.
Drei Achsen wählen, wenn Einfachheit produktiv ist
Ein dreiachsiges vertikales Bearbeitungszentrum ist eine sinnvolle Wahl, wenn das Werkstück von oben zugänglich ist, sich der Produktmix häufig ändert, Standardvorrichtungen wiederverwendet werden können und die Werkstatt eine breite Programmierung und Vertrautheit des Bedieners benötigt.
Es ist auch dann sinnvoll, wenn die sekundären Rüstvorgänge kurz und risikoarm sind. Ein zweiter Schraubstockvorgang ist nicht zwangsläufig problematisch. Die Frage ist, ob er die Ausbringung oder die Funktionsbeziehungen so stark einschränkt, dass ein anderes Verfahren gerechtfertigt ist.
Wählen Sie fünf Achsen, wenn Zugriffs- und Bezugssteuerung wiederholt werden
Ein Fünf-Achs-Bearbeitungszentrum wird dann attraktiv, wenn mehrere geneigte Flächen zueinander in Beziehung bleiben müssen, lange Werkzeuge Instabilität verursachen, komplexe Oberflächen eine Änderung der Ausrichtung erfordern oder die Rüstzeitreduzierung sich über die gesamte wertvolle Produktion erstreckt.
Prüfen Sie vor dem Kauf den nutzbaren Drehbereich anhand der tatsächlichen Vorrichtung und des Werkzeugs. Ein Nenndurchmesser des Werkstücks garantiert nicht in jedem Winkel ausreichend Freiraum. Betrachten Sie Steuerungsfunktionen, CAM, Postprozessor, Messtaster, Kalibrierung, Kollisionssimulation und Schulung als Gesamtpaket.
Wie Zhihe CNC Drei- und Fünf-Achs-Bearbeitungswege vergleicht
Das Produktportfolio von Zhihe CNC umfasst vertikale, horizontale, Portal-, Bohr- und Gewindeschneid-, Fräs- und Fünf-Achs-Bearbeitungszentren. Dadurch kann das Ingenieurteam einen einfachen Drei-Achs-Prozess mit Dreh- und Fünf-Achs-Alternativen anhand derselben Zeichnung vergleichen.
Bei ausgewählten Modellen kann die angegebene Positioniergenauigkeit je nach Maschinenserie, Verfahrweg und Konfiguration +/-0,005 mm und die Wiederholgenauigkeit +/-0,003 mm erreichen. Fünf-Achs-Projekte erfordern zudem eine Drehkalibrierung und einen geeigneten, bauteilbezogenen Prüfplan. Laserinterferometermessungen, Kugelstabtests und Probeschnitte können im Rahmen der Abnahmeplanung besprochen werden.
Für einen aussagekräftigen Vergleich von 3- und 5-Achs-Bearbeitungszentren senden Sie Zhihe CNC bitte die Zeichnung, Materialangaben, Volumen und kritische Merkmale . Fragen Sie nach Rüstzeiten, Spannvorrichtungen, Werkzeugreichweite, Programmierannahmen und den Bearbeitungsvorgängen, die die zusätzlichen Achsen rechtfertigen.
Fragen, die Käufer zu Drei- und Fünf-Achs-Maschinen stellen
Kann eine Drei-Achs-Maschine ein fünfeckiges Bauteil herstellen?
Ja. Das Teil kann in verschiedenen Ausrichtungen wieder eingespannt oder auf einer Drehvorrichtung platziert werden. Die Entscheidung hängt von der Bearbeitungszeit, dem Bezugsrisiko, den Vorrichtungskosten, der Zugänglichkeit und dem Produktionsvolumen ab.
Ist die 3+2-Achs-Bearbeitung dasselbe wie die simultane Fünf-Achs-Bearbeitung?
Nein. Bei der 3+2-Bearbeitung werden die Drehachsen vor dem Schnitt positioniert und arretiert. Bei der simultanen Bearbeitung bewegen sich Linear- und Drehachse während des Schnitts gemeinsam.
Führt eine Fünf-Achs-Maschine immer zu einer höheren Genauigkeit?
Durch die Reduzierung von Nachspannvorgängen können die Beziehungen verbessert werden, die Genauigkeit hängt jedoch weiterhin von Kalibrierung, thermischem Verhalten, Werkstückspannung, Werkzeugen, Programmierung und Prüfung ab. Zusätzliche Achsen bieten keine Garantie.
Wird eine Fünf-Achs-Maschine die Zykluszeit verkürzen?
Dadurch werden Rüst- und Bearbeitungszeiten häufig verkürzt. Die Bearbeitungszeit kann je nach Werkzeugweg und Maschinenbewegung kürzer, gleich oder gelegentlich länger sein. Vergleichen Sie den gesamten Bearbeitungsweg.
Welche Maschine ist einfacher zu bedienen?
Dreiachsige Bearbeitungen sind im Allgemeinen einfacher zu programmieren, zu prüfen und wiederherzustellen. Fünfachsige Bearbeitungen erfordern eine stärkere Simulation, Kalibrierung, Kollisionserkennung und Prozessdisziplin.
Wann ist eine Fünf-Achs-Maschine überdimensioniert?
Für einfache Oberteile, Arbeiten mit geringem Wert, sehr kleine Serien mit einfachen Vorrichtungen oder Werkstätten, die nicht über die Programmier- und Inspektionsressourcen verfügen, um es produktiv zu nutzen, kann es übertrieben sein.
Was sollte in einen fünfachsigen Probeschnitt einbezogen werden?
Berücksichtigen Sie Winkelmerkmale, Beziehungen zwischen Flächen, Bereiche mit tieferem Zugang und alle kritischen Oberflächen. Verwenden Sie nach Möglichkeit die vorgesehenen Vorrichtungen, Werkzeughalter und Prüfmethoden.
Welche Informationen sollte ich für eine Geräteempfehlung angeben?
Senden Sie die Zeichnung, das Material, die Lagergröße, die Toleranzen, das Jahresvolumen, den aktuellen Rüstablauf, den Zielzyklus und die verfügbaren CAM- und Prüfressourcen.
Wählen Sie den Prozess vor der Achsenzählung. Bitten Sie Zhihe CNC, Drei-, 3+2- und Fünf-Achs-Bearbeitungswege anhand des Teils zu vergleichen, das in Ihrer aktuellen Produktion das größte Rüst- oder Zugangsrisiko birgt.
