4-Achs- vs. 5-Achs-CNC-Bearbeitung: Prinzipien, Unterschiede & Auswahlhilfe

In der produktbezogenen Fertigung rund um CNC-Bearbeitung gibt es viel über CNC-Maschinenachsen zu wissen. Aufgrund ihrer Bedeutung und der Tatsache, dass die meisten modernen CNC-Maschinen mit 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung arbeiten.

In diesem Artikel erfahren Sie über 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung: Grundprinzipien, Unterschiede und wie Sie das Richtige für Ihr Bearbeitungsprojekt wählen.

Was ist 3-Achs-CNC-Bearbeitung?

Um 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung zu verstehen, brauchen Sie ein klares Bild der 3-Achs-Bearbeitung, die heute noch die am weitesten verbreitete Form der CNC-Bearbeitung ist.

Ein typischer 3-Achs-CNC-Bearbeitungsprozess umfasst drei Bewegungsmechanismen bei der Teilerstellung: Spindelbewegung auf und ab, seitwärts und vor und zurück.

Einschränkungen der 3-Achs-CNC-Bearbeitung

Die 3-Achs-CNC-Bearbeitung arbeitet entlang drei Achsen (XYZ). Obwohl dies eine geeignete Arbeitsweise ist, hat sie gravierende Einschränkungen.

Eine ist, dass der Winkel des Schneidwerkzeugs konstant bleibt, was das Abtragen von Material in schwer zugänglichen Bereichen des Werkstücks erschwert. Zudem können mehrere Aufspannungen für ein Teil nötig sein, was die Produktivität drastisch reduziert. Diese Einschränkungen sind verantwortlich für die beliebtere Nutzung von 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung.

Was ist 4-Achs-CNC-Bearbeitung?

Basierend auf den oben erklärten 3-Achs-Einschränkungen wurden 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung populärer. Der 4-Achs-CNC-Bearbeitungsprozess umfasst denselben Mechanismus. Doch wie der Name sagt, ist eine zusätzliche Achse hinzugekommen.

Bei einer 4-Achs-CNC-Maschine bewegt sich die Spindel entlang drei Achsen: auf/ab, seitwärts, vor/zurück, während das Werkstück stationär auf dem Maschinentisch bleibt. Die 4-Achs-CNC-Bearbeitung rotiert zusätzlich um die X-Achse, auch A-Achse genannt. Diese Extra-Achse ermöglicht der 4-Achs-CNC-Bearbeitung, in Situationen zu funktionieren, die Lochbohrungen oder Ausschnitte erfordern.

Generell wird 4-Achs-CNC-Bearbeitung der 3-Achs-Bearbeitung vorgezogen, da sie den Produktionsprozess beschleunigt und die Genauigkeit verbessert.

Was ist 5-Achs-CNC-Bearbeitung?

Ein 5-Achs-CNC-Bearbeitungsprozess ähnelt dem 3-Achs-Prozess stark. Doch er bringt sehr wichtige Features mit, die jene zwei zusätzlichen Achsen und deutlich mehr Schneidflexibilität bieten.

Bei einer 5-Achs-CNC-Bearbeitung bewegt sich Spindel und Schneidwerkzeug entlang drei Achsen. Zusätzlich gibt es Rotationen um die X-Achse (A-Achse), Y-Achse (B-Achse) und Z-Achse (C-Achse). 5-Achs-Maschinen können je nach Konfiguration beliebige zwei dieser Rotationsachsen nutzen.

5-Achs-CNC-Bearbeitung wird in verschiedenen Kapazitäten basierend auf diesem Feature eingesetzt. Sie kann Fräsen, Drehen etc. ausführen. Daher benötigen Sie nur eine einzige Maschine, um an mehreren Teilen zu arbeiten.

· 3+2-Achs-CNC-Bearbeitung

3+2-Achs-Bearbeitung ist ein Subtyp der 5-Achs-Bearbeitung, der laut Namen eine Art Mittelweg zwischen 3-Achs- und 5-Achs-Bearbeitung darstellt. Dennoch ist es eine schnelle und hocheffektive Form der 5-Achs-Bearbeitung. Man nennt es auch positionelle 5-Achs-Bearbeitung.

Bei 3+2-Achs-Bearbeitung ändert sich der Winkel des Schneidwerkzeugs nicht, während Spindel oder Tisch um die zwei Extra-Achsen rotieren. Dadurch ist das Schneidwerkzeug nicht immer senkrecht zum Teil und erzeugt nicht immer perfekte Schnitte.

Es gibt jedoch eine Form namens indexierte 3+2-Achs-Bearbeitung. Hier kann der Winkel des Schneidwerkzeugs zwischen den Schnitten manuell angepasst werden.

· Simultane 5-Achs-CNC-Bearbeitung

Bei 5-Achs-Bearbeitung, wenn das Schneidwerkzeug stets senkrecht zum Teil gehalten werden kann, spricht man von kontinuierlicher oder simultaner 5-Achs-Bearbeitung. Dieser Prozess liefert überlegene Oberflächengüte und ermöglicht Zugang zu schwer zugänglichen Bereichen. Er ist jedoch langsamer als 3+2-Achs-Bearbeitung.

Unterschiede zwischen 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung

Der Hauptunterschied zwischen 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung liegt in den zusätzlichen Achsen, was weitere subtile Unterschiede nach sich zieht.

• Achsenunterschied

4-Achs-CNC-Bearbeitung hat eine Extra-Achse (A-Achse), während 5-Achs-CNC-Bearbeitung zwei Extra-Achsen hat – A-, B- oder C-Achse je nach Konfiguration.

• Rotation in den Achsen

4-Achs-CNC-Bearbeitung erlaubt Rotation um die A-Achse, 5-Achs-CNC-Bearbeitung um zwei der drei Achsen (A, B, C).

• Flexibilität

5-Achs-CNC-Bearbeitung hat eine Extra-Achse mehr als 4-Achs. Nicht nur das, sie ist auch nicht lokalisiert. Lokalisiert bedeutet hier: Die 4-Achs-Extra-Achse liegt immer auf der X-Achse. Bei 5-Achs kann sie auf zwei der XYZ-Achsen liegen. Diese zusätzliche und nicht-lokalisierte Eigenschaft gibt 5-Achs-CNC-Bearbeitung einen zusätzlichen Vorteil in puncto Flexibilität.

• Kosten

Die Features und Funktionen der 5-Achs-CNC-Bearbeitung machen sie teurer als 4-Achs-CNC-Bearbeitung.

Unabhängig von ihrer spezifischen Konfiguration können alle 4-Achs- und 5-Achs-Maschinen ihre Schneidwerkzeuge auf vielfältigere Weise und aus mehr Winkeln bewegen als 3-Achs-Maschinen. Dies ermöglicht komplexere Bearbeitungsoperationen, höhere Genauigkeit und kann die Notwendigkeit mehrerer Aufspannungen eliminieren.

· Vorteile der 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung

4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung bieten zahlreiche Vorteile, anhand derer Sie das Richtige wählen können. Dazu gehören höhere Genauigkeit, reduzierte Rüstzeit und Potenzial für komplexere Teile.

Weitere spezifische Vorteile hängen von der Maschinenkonfiguration ab oder ob 3+2-Achs- oder kontinuierliche 5-Achs-Bearbeitung genutzt wird.

Generell bietet 3+2-Achs-Bearbeitung Vorteile wie:

• Schnelle Bearbeitung
• Einfache Einrichtung
• Geringe Wahrscheinlichkeit von Werkzeugkollisionen

Kontinuierliche 5-Achs-Bearbeitung bietet Vorteile wie:

• Exzellente Oberflächengüte
• Bessere Teilerreichbarkeit
• Weniger Werkzeugverschleiß

Anwendungen von 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung

4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung sind in vielen Szenarien der produktbezogenen Fertigung wichtig. Je nach Wahl sind sie nützlich für: Formen mit tiefen Kavitäten, komplexe 3D-Formen, Bearbeitung geneigter Teilflächen ohne Präzisionsverlust.

Von beiden ist 5-Achs-CNC-Bearbeitung für eine breitere Palette von Teilen einsetzbar. Beispielsweise ist sie besonders dominant in der Fertigung von Teilen wie Laufrädern und Turbinenschaufeln mit konturierten Oberflächen, die für 3-Achs-Bearbeitung ungeeignet sind.

Wie man zwischen 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung wählt

Die Wahl zwischen 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung für Ihr Projekt erfordert Verständnis einiger Punkte. Die drei wichtigen Aspekte, die Sie bei der Wahl berücksichtigen müssen:

· Ihr Budget

Auf der Kostenskala: 5-Achs ist teurer als 4-Achs, was wiederum teurer ist als 3-Achs. Der Grund: Zunahme an Fähigkeiten, Funktionen und Features beim Wechsel von 3 auf 4 auf 5 Achsen.

· Ihre Anforderungen

Für komplexe Teile sollten Sie 5-Achs-CNC-Bearbeitung wählen. Für Projekte, die kleine, einfache Teile produzieren, sind 3-Achs und 4-Achs ideal.

· Bedienprozeduren

Je höher die Achszahl, desto komplexer die Bedienung. In Situationen, die einfache Bedienprozeduren erfordern, ist 3-Achs am einfachsten, gefolgt von 4-Achs-CNC-Bearbeitung.

Fazit

Als Einsteiger die Disparität zwischen 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung zu kennen, ist ein Schritt Richtung richtiges Produkt. Denn die meisten CNC-Maschinen nutzen 3-, 4- und 5-Achs-CNC-Bearbeitungsprozesse. Daher spricht dieser Artikel über die Unterschiede der drei.

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FAQ

Die XYZ-Achsen zeigen die Bewegungsrichtung der CNC-Maschine. X-Achse: Links-Rechts. Y-Achse: Vorwärts-Rückwärts. Z-Achse: Auf-Ab. 4-Achs- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung basieren auf diesen Achsen mit Rotationswirkung auf den Achsen. Bei 4-Achs: Rotationseffekt auf X-Achse. Bei 5-Achs: Rotationseffekt auf zwei der Achsen.

Es gibt auch 6-Achs-CNC-Bearbeitung. Sie ist für Volumenbearbeitung konzipiert. 6-Achs-CNC-Bearbeitung ist hocheffizient und führt zu massiver Zeitreduktion in der Produktion.