Die computergesteuerte Bearbeitung (CNC) ist ein subtraktives Produktionsverfahren, das es Herstellern ermöglicht, präzise und wirtschaftliche Teile mit hoher Präzision herzustellen. CNC-Bearbeitung verwendet Schneidwerkzeuge, um überschüssiges Rohmaterial von den zu bearbeitenden Gegenständen zu entfernen, um präzise Fertigprodukte aus Materialien wie Kunststoffen, Metallen und Verbundwerkstoffen zu erstellen. Derzeit haben Produktteams viele Optionen für die mehrachsige Bearbeitung, von 3-Achsen bis 5-Achsen und sogar 9-Achsen. In diesem Artikel werden wir uns jedoch darauf konzentrieren, was 5-Achsen-Bearbeitung ist, ob sie praktisch für großformatige Teile ist? Gibt es dabei höhere Schnittgeschwindigkeiten? Auf diese und viele andere Fragen werden wir unten antworten!
Fünfachsige Bearbeitung - Funktion
Die 5-Achsen-Maschine basiert auf einem Werkzeug, das sich in fünf verschiedenen Richtungen bewegt: X, Y und Z sowie A und B, um die das Werkzeug rotiert (diese sind die Drehachsen). Die Verwendung einer 5-Achsen-CNC-Maschine ermöglicht es dem Bediener, das Werkstück aus allen Richtungen in einem einzigen Vorgang zu bearbeiten, wodurch die Notwendigkeit einer manuellen Positionsänderung des Werkstücks zwischen den Operationen entfällt. 5-Achsen-CNC-Bearbeitung spart Zeit und ist ideal für die Herstellung komplexer Präzisionsteile, wie sie in der Medizin-, Öl- und Gas- und Luftfahrtindustrie zu finden sind.
5-Achsen-Maschinen, CNC-Bearbeitung
Es gibt verschiedene Arten von 5-Achsen-Maschinen, die Produktteams kennen sollten, einschließlich indexierte 5-Achsen-CNC-Maschinen, kontinuierliche 5-Achsen-CNC-Maschinen und CNC-Drehzentren. Ähnlich wie bei der 3-Achsen-CNC-Fräsung bewegt sich das Werkzeug nur entlang von drei Achsen und ist nicht in ständigem Kontakt mit dem Werkstück, wie bei der indexierten 5-Achsen-CNC-Bearbeitung. Jedoch können der Arbeitstisch und der Werkzeugkopf automatisch in beide Richtungen zwischen den Operationen drehen. Die indexierte 5-Achsen-Bearbeitung ist ideal für die Herstellung von Gehäusen, Montagevorrichtungen und Halterungen. Sie liegt zwischen der 3-Achsen-CNC-Fräsung und der kontinuierlichen 5-Achsen-CNC-Bearbeitung in Bezug auf Geschwindigkeit, Genauigkeit und die Fähigkeit, komplexe Geometrien zu handhaben.
Bei der kontinuierlichen 5-Achsen-CNC-Bearbeitung können Werkzeug und Werkstück während des Betriebs gleichzeitig drehen und bewegen, was Zeit spart und es den Bedienern ermöglicht, komplexe Geometrien mit organischen Oberflächen zu erzeugen. Die kontinuierliche 5-Achsen-CNC-Bearbeitung bietet eine bessere Oberflächenveredelung, Geschwindigkeit und Maßstabilität, jedoch zu den höchsten Stückkosten. CNC-Drehzentren sind praktisch identisch mit CNC-Drehmaschinen mit einer Ausnahme - sie sind mit CNC-Fräsausrüstung ausgestattet. Das Werkstück ist an der Spindel befestigt, die sich drehen oder stillstehen kann, während das Schneidwerkzeug Material vom Werkstück entfernt. Durch die Kombination von CNC-Drehmaschinenkomponenten mit Fräsen bieten CNC-Dreh-Fräszentren ein hohes Maß an Präzision und geometrischer Vielseitigkeit, was sie ideal für die Produktion von losen rotationssymmetrischen Teilen wie Nockenwellen und Zentrifugalkompressoren macht. Diese Art von 5-Achsen-CNC-Fräsmaschinen bieten nicht nur eine höhere Präzision bei der Bearbeitung tieferer Teile und gehärteter Materialien, sondern auch eine höhere Produktivität und höhere Bearbeitungsgeschwindigkeiten. Die 5-Achsen-Bearbeitung ist jedoch teurer aufgrund der Notwendigkeit für spezialisierte Ausrüstung und qualifizierte Arbeitskräfte.
3-Achsen-Bearbeitung vs. 5-Achsen-Bearbeitung
Der Hauptunterschied zwischen 3-Achsen- und 5-Achsen-Fräsmaschinen besteht darin, dass das zu bearbeitende Objekt entweder von drei Achsen der ersten Achse oder von fünf Achsen der zweiten Achse bearbeitet werden kann. Beide sind hochflexible, automatisierte und wiederholbare Produktionsprozesse, die eine schnelle und wirtschaftliche Herstellung von Präzisionskomponenten ermöglichen. Sie können sich jedoch aus verschiedenen Gründen dafür entscheiden, eine statt der anderen Lösung zu verwenden.
Wenn Sie ein begrenztes Budget haben oder einfach nur eine Schneidebene benötigen, könnte eine 3-Achsen-Maschine die beste Wahl für Sie sein. Neben der Tatsache, dass sie billiger sind als 5-Achsen-Maschinen, sind 3-Achsen-Maschinen einfacher zu programmieren, was Arbeitskosten mit teuren Programmierern und Bedienern spart. Darüber hinaus ist die Einrichtungszeit bei der 3-Achsen-Bearbeitung kürzer. Wenn Sie tiefere Teile oder Teile mit komplexer Geometrie herstellen müssen, kann die Verwendung der 5-Achsen-Bearbeitung nützlich sein. Mit einer 5-Achsen-Maschine können Details aus allen Richtungen bearbeitet werden - ohne manuelles Drehen. Mit der 5-Achsen-Bearbeitung erreichen Sie eine höhere Produktivität, größere Präzision, größere Bewegungsfreiheit und die Möglichkeit, größere Teile schneller zu produzieren.
Wie funktioniert eine 5-Achsen-Maschine, CNC-Bearbeitung
Wie jede andere CNC-Maschine, basiert auch die 5-Achsen-CNC-Maschine auf Computeranweisungen, um die Bewegung des Schneidwerkzeugs (und des zu bearbeitenden Gegenstands) zu steuern, um das gewünschte Teil zu erzeugen. Der 5-Achsen-CNC-Bearbeitungsprozess beginnt mit der Erstellung eines 3D-Modells des gewünschten Teils durch den Designer mit CAD-Tools (Computer Aided Design). Dann exportieren die Mechaniker dieses CAD-Modell in CAM-Software (Computer Aided Manufacturing), die die Zeichnung in ein Computerprogramm (auch bekannt als G-Code) umwandelt. Der G-Code enthält eine Reihe von Anweisungen, die die Bewegung des Werkzeugs entlang der linearen Achsen (X, Y und Z) und des Tisches entlang der Rotationsachsen (A und C) steuern, um das gewünschte Teil zu erzeugen.
5-Achsen-System, CNC-Bearbeitung - woher kommt es
Alles dank des französischen Philosophen und Mathematikers Rene Descartes. Die Geschichte ähnelt sehr dem Apfel von Newton. Eines Tages lag Descartes im Bett und bemerkte eine Fliege. Er erkannte, dass er ihre Position im Raum mit drei Zahlen beschreiben konnte, die durch die Variablen X, Y und Z repräsentiert werden - was wir heute als kartesisches Koordinatensystem bezeichnen. Sie fragen sich vielleicht, woher die restlichen zwei kommen. Neben der Beschreibung der Position der Fliege im Raum kann man auch ihre Ausrichtung beschreiben. Daher ist die Fliege, die sich um die X-Achse dreht, die vierte Achse und die fünfte Achse ist die Fliege, die sich um die Y-Achse dreht. Es wird auch gesagt, dass es eine sechste Achse gibt, die sich um die Z-Achse dreht.
5-Achsen - mögliche Konfigurationen
Die für die 5-Achsen-CNC-Fräsmaschine gewählte Konfiguration bestimmt, welche der drei Drehachsen verwendet wird. Es gibt zwei Hauptkonfigurationen - Spindelmaschinen und Rotationsmaschinen.
Die 5-Achsen-CNC-Fräsmaschine mit Pin verwendet die A-Achse, die sich um die X-Achse dreht, und die C-Achse, die sich um die Z-Achse dreht, während die 5-Achsen-CNC-Fräsmaschine mit Neigung/Drehung die B-Achse verwendet, die sich um die Y-Achse dreht, und die C-Achse, die sich um die Z-Achse dreht.
Der Hauptunterschied zwischen ihnen besteht darin, wie die Drehachse dargestellt wird - im Stiftstil geschieht dies durch Verschieben des Tisches, während im Drehstil der 5-Achsen-CNC-Fräsmaschine dies durch Drehen der Spindel geschieht. Beide Lösungen haben ihre Vorteile, daher hängt die Wahl davon ab, was Sie tun möchten. Mehr als die Hälfte der mit CNC hergestellten Teile erfordert eine fünfseitige Bearbeitung, daher entscheiden sich immer mehr Hersteller dafür, sie in ihre Dienstleistungen aufzunehmen. Darüber hinaus hat die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung viele Vorteile gegenüber der 3-Achsen-Bearbeitung usw., wie zum Beispiel:
Einzelne Konfiguration
5-Achsen-CNC-Maschinen ermöglichen das einmalige Einrichten des zu bearbeitenden Werkstücks; danach führt die Maschine jede Bearbeitungsoperation aus, die zur Erstellung des gewünschten Teils erforderlich ist. Dies unterscheidet sich stark von traditionellen 3-Achsen-Maschinen, die mehrere Maschineneinstellungen zur Herstellung komplexer Geometrien erfordern. Der Einzelplatzcharakter einer 5-Achsen-CNC-Maschine ermöglicht eine schnelle Bearbeitung komplexer Teile, während gleichzeitig die Kosten und Fehler reduziert werden, die bei traditionellen Prozessen auftreten
Kürzere Schneidwerkzeuge und bessere Oberflächenveredelung
Die vierte und fünfte Achse der 5-Achsen-CNC-Maschine bringen das zu bearbeitende Objekt näher an das Werkzeug heran. Das bedeutet, dass kürzere Schneidwerkzeuge verwendet werden können, die weniger anfällig für Vibrationen sind und eine bessere Oberflächenveredelung gewährleisten.
Höhere Präzision
5-Achsen-CNC-Maschinen sind deutlich präziser als 3-Achsen-Maschinen aufgrund ihrer Bewegungsflexibilität, wodurch sie nicht nur glattere Teile, sondern auch Teile herstellen können, die für 3-Achsen-Maschinen zu komplex sind. Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung kann zur Herstellung vieler Teile verwendet werden, für die die 3-Achsen-Bearbeitung einfach nicht geeignet ist.
5-Achsen-CNC-Bearbeitung - Anwendung
Aufgrund der Leistungsfähigkeit der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung und ihrer Fähigkeit, komplexe Formen herzustellen, kann sie zur Herstellung von Teilen verwendet werden, die in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt werden. Hier sind einige Beispiele für Branchen, die diese Technologie nutzen:
- Luft- und Raumfahrt - Diese Branche erfordert sehr fortschrittliche Maschinen, da die Formen extrem komplex und einzigartig sind.
- Medizin - 5-Achsen-CNC-Bearbeitung kann Herstellern von medizinischen Geräten bei der Produktion von Geräten, Implantaten und anderen Lösungen helfen, die mit außergewöhnlicher Präzision hergestellt werden müssen, um strenge Anforderungen zu erfüllen.
- Militär - Eine weitere Branche, die die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung zur Herstellung benötigter Teile nutzt. Mögliche Anwendungen umfassen Komponenten für U-Boote, Hochleistungsmotorenkomponenten, Turbinen- und Kompressorschaufeln, intelligente Waffen, Sensoren, Stealth-Anwendungen und in einigen Fällen auch Kernwaffen.
- Energietechnische Geräte - Die Herstellung von Teilen für energietechnische Geräte erfordert oft die Verwendung von schwer zu bearbeitenden Materialien. Dank der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung können Sie den gesamten Prozess einfacher und effizienter gestalten, und die CNC-Fräsung komplexer Teile wird professionell durchgeführt.