Die 5-Achs-Bearbeitung lohnt sich vor allem dann, wenn ein Teil eine komplexe Geometrie hat und von vielen Seiten bearbeitet werden muss, etwa bei Prototypen, Präzisionsteilen, medizinischen Komponenten oder Elementen von Matrizen und Stanzwerkzeugen. Bei einfachen Teilen reichen 3 Achsen völlig aus. Im Folgenden erklären wir den Unterschied zwischen 5-Achs- und 3-Achs-Bearbeitung, was simultanes Bearbeiten ist und wann sich der Aufpreis für 5 Achsen in echten Einsparungen niederschlägt.
Inhaltsverzeichnis
- Wie funktioniert die 5-Achs-Bearbeitung?
- Simultanbearbeitung (5 Achsen gleichzeitig)
- Wann sich die 5-Achs-Bearbeitung lohnt
- Welche Teile sich für 5 Achsen eignen
- Wann 3 Achsen ausreichen
- 5 Achsen bei Sacher
- Fazit
Wie funktioniert die 5-Achs-Bearbeitung?
Bei der 5-Achs-Bearbeitung wird auf einem Bearbeitungszentrum gefräst, das neben den drei linearen Achsen (X, Y, Z) über zwei Drehachsen verfügt. Dadurch kann das Werkzeug das Werkstück aus jedem beliebigen Winkel anfahren, ohne dass das Teil gelöst und neu gespannt werden muss.
Man unterscheidet zwei Arbeitsweisen:
- Positionierende Bearbeitung (3+2): Die Maschine bringt das Werkstück in eine bestimmte Position, klemmt die Drehachsen und fräst wie auf 3 Achsen. Das eignet sich für Teile mit vielen Flächen und Bohrungen unter verschiedenen Winkeln.
- Simultanbearbeitung (5 Achsen gleichzeitig): Alle fünf Achsen bewegen sich gleichzeitig. Sie ist bei Freiformflächen nötig, etwa bei Schaufeln, Laufrädern oder komplexen Formen.
Bei der 3-Achs-Bearbeitung bedeutet jede neue Seite des Werkstücks eine weitere Aufspannung. Auf 5 Achsen entstehen viele Flächen in einer einzigen Aufspannung.
Simultanbearbeitung (5 Achsen gleichzeitig)
Bei der Simultanbearbeitung bewegen sich während der Zerspanung alle fünf Achsen gleichzeitig, und das Werkzeug folgt der Werkstückoberfläche kontinuierlich. Bei der positionierenden Bearbeitung (3+2) stellen die Drehachsen das Werkstück nur ein, bei der Simultanbearbeitung arbeiten sie während des Schnitts mit.
Diese Arbeitsweise ist bei Freiformflächen erforderlich, also bei Flächen, die sich nicht mit einfachen Ebenen und Zylindern beschreiben lassen. Typische Beispiele sind Schaufeln, Laufräder, medizinische Teile mit organischen Formen und komplexe Formen.
Die Simultanbearbeitung bietet mehrere Vorteile:
- Bessere Oberflächenqualität. Das Werkzeug behält einen optimalen Winkel zur bearbeiteten Fläche, sodass Bearbeitungsspuren kleiner sind und die Nachbearbeitung oft weniger Handarbeit erfordert.
- Kürzere Werkzeuge und weniger Schwingungen. Durch das Neigen des Werkstücks oder des Kopfes kann ein kürzerer Fräser verwendet und schwer zugängliche Stellen erreicht werden.
- Effizienteres Zerspanen. Der gleichmäßige Kontakt zwischen Werkzeug und Material und die flüssige Bewegung erlauben es, die Schneide besser auszunutzen.
Diese Methode stellt allerdings höhere Anforderungen. Erforderlich sind eine leistungsfähige CAM-Software, ein korrekt konfigurierter Postprozessor und eine Simulation des gesamten Prozesses mit Kollisionsprüfung, da die gleichzeitige Bewegung von fünf Achsen das Risiko einer Kollision von Werkzeug, Spannmittel und Werkstück erhöht. Daher benötigen Programmierung und Vorbereitung mehr Zeit als bei 3+2, was bei der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung berücksichtigt werden sollte.
Wann sich die 5-Achs-Bearbeitung lohnt
Der Stundensatz einer 5-Achs-Maschine ist in der Regel höher als der einer 3-Achs-Maschine, doch für die Endkosten sind Gesamtzeit und Fertigungsqualität entscheidend, nicht der Stundensatz allein. Die 5-Achs-Bearbeitung lohnt sich meist aus vier Gründen:
- Weniger Aufspannungen. Jedes Umspannen kostet Rüstzeit und birgt das Risiko von Bezugsfehlern. Werden mehrere Seiten in einer Aufspannung gefertigt, sinken beide Probleme.
- Höhere Genauigkeit der gegenseitigen Lage der Merkmale. Entstehen Bohrungen und Flächen in einer Aufspannung, hängt ihre gegenseitige Lage von der Maschine ab und nicht von mehreren Aufspannungen.
- Kürzere Durchlaufzeit. Weniger Arbeitsgänge und Umrüstungen bedeuten ein schneller fertiges Teil, was besonders bei Prototypen und Eilaufträgen wichtig ist.
- Besserer Werkzeugzugang. Durch das Neigen des Werkstücks kann ein kürzeres Werkzeug verwendet werden, was Schwingungen verringert und die Oberflächenqualität verbessert. Zudem sind Stellen erreichbar, die von einer Seite nicht zugänglich sind.
Hinzu kommen die Spannmittel. Eine universelle Aufspannung statt mehrerer Spezialvorrichtungen kann günstig sein, besonders bei Einzelstücken und Kleinserien.
Welche Teile sich für 5 Achsen eignen
Am meisten profitieren Teile, die Merkmale auf mehreren Seiten oder unregelmäßige Flächen haben:
| Art des Teils | Warum 5 Achsen |
|---|---|
| Prototypen | Schnelle Umsetzung ohne viele Vorrichtungen, Änderungen leicht möglich |
| Medizinische Komponenten | Komplexe Formen, hohe Anforderungen an Oberfläche und Wiederholgenauigkeit |
| Stanz- und Umformwerkzeuge | Formgebende Flächen, Vertiefungen und schräge Wände |
| Präzisionsteile | Erhalt der gegenseitigen Lage der Merkmale durch Bearbeitung in einer Aufspannung |
| Bauteile für Industrieanlagen | Gehäuse und Gehäuseteile mit Bohrungen und Flächen unter verschiedenen Winkeln |
Ein guter Hinweis, 5 Achsen in Betracht zu ziehen, ist eine Zeichnung, bei der das Teil drei- oder mehrmals gewendet werden müsste, oder eines mit Hinterschneidungen und tiefen Taschen, die von oben schwer zugänglich sind.
Wann 3 Achsen ausreichen
Die 5-Achs-Bearbeitung ist nicht die Antwort auf jedes Teil. Drei Achsen sind in der Regel die bessere Wahl, wenn:
- das Teil einfach ist und hauptsächlich von einer oder zwei Seiten bearbeitet werden muss,
- die Form eine Platte, ein Gehäuse mit Bohrungen senkrecht zu den Flächen oder ein flaches Teil mit Taschen ist,
- die Serie groß ist und die vorbereiteten Vorrichtungen für 3 Achsen die schnelle und günstige Fertigung vieler Stücke erlauben.
Bei solchen Teilen bringt der Aufpreis für 5 Achsen keinen Nutzen. Deshalb lohnt es sich bei der Kalkulation, die Zeichnung einem Technologen zu zeigen, der die günstigste Methode wählt, die die Anforderungen erfüllt, statt von vornherein 5 Achsen anzunehmen.
5 Achsen bei Sacher
Seit 1989 entwickeln wir unsere Kompetenz in der Fertigung von Präzisionsteilen. Heute arbeiten bei uns 52 Spezialisten, und unser Maschinenpark umfasst 28 Bearbeitungszentren. Die zerspanende Bearbeitung ergänzen wir durch Erodieren, Schleifen, Qualitätskontrolle und eine eigene Wärmebehandlung, sodass wir viele Fertigungsschritte an einem Ort durchführen.
In Richtung 5-Achs-Bearbeitung und Automatisierung entwickeln wir unseren Maschinenpark unter anderem durch die Investition in eine HERMLE C 400 mit dem Palettensystem HS flex heavy. Das Palettensystem erlaubt es, weitere Aufträge vorzubereiten, während die Maschine den laufenden bearbeitet, wodurch die Nutzungszeit des Bearbeitungszentrums steigt. Mehr dazu lesen Sie in unserem Artikel über die Automatisierung der CNC-Bearbeitung.
Wir fertigen Prototypen, Einzelteile sowie Klein- und Mittelserien für anspruchsvolle industrielle Anwendungen.
Fazit
Die 5-Achs-Bearbeitung lohnt sich bei komplexen Teilen mit Merkmalen auf mehreren Seiten sowie dann, wenn es auf die Genauigkeit der gegenseitigen Lage und eine kurze Durchlaufzeit ankommt. Bei einfachen Teilen und großen Serien sind 3 Achsen oft die bessere Wahl.
Sie wissen nicht, welche Methode in Ihrem Fall besser ist? Senden Sie uns eine Zeichnung oder ein 3D-Modell mit Angaben zu Material, Stückzahl und geforderten Toleranzen. Unsere Technologen wählen die wirtschaftlichste Technologie und erstellen ein Angebot.