5-Achs-CNC-Effizienz maximieren: 4 bewährte Insider-Tipps

Es gibt hervorragende Gründe für 5-Achs-CNC-Maschinen, aber um die Produktivitätsvorteile wirklich zu ernten, braucht es die richtigen Werkzeuge und Techniken – von denen einige unter dem Radar laufen. Wir sprachen mit drei Branchenexperten für Zeitersparnis und Produktivitätsratgeber.

Ob Ihre Werkstatt alle fünf Achsen simultan nutzt oder auf 3+2 beschränkt: 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentren sind das Beste für die Produktivität seit Hartmetall. Die Vorteile sind zahlreich: reduzierte Teilehandhabung, weniger Vorrichtungen, kürzere Lieferzeiten, höhere Teilequalität, Beseitigung von Work-in-Process, Fertigung komplexer und sonst unmöglicher Teile wie Knieimplantate und Laufradschaufeln.

Bevor Sie ganz eintauchen, ist es wichtig zu verstehen, wie sich die Teilefertigung auf einer 5-Achs-CNC grundlegend von der Arbeit auf einem 3-Achs-VMC oder anderen System unterscheidet.

Sie benötigen möglicherweise völlig andere Werkzeuge und Spannsysteme – und neue Strategien für Setup und Umrüsten. Wir sprachen mit drei Branchenexperten für zeitsparende und produktivitätssteigernde Ratschläge, die spezifisch für 5-Achs-CNC-Systeme sind.

5-Achs-Tipp #1: Mit der richtigen Grundplatte mehrere Teile in weniger Zeit fertigen, Setups schnell wechseln

Eines der ersten Negativargumente zu 5-Achs-Bearbeitungszentren: Sie seien auf ein Teil pro Zyklus beschränkt. Nicht so, sagt Brad Evans, Teamleiter stationäre Spanntechnik bei Schunk.

„Viele übersehen die Möglichkeit, mehrere Teile auf einer 5-Achs-Maschine zu bearbeiten“, sagt er. „Wenn Sie Ihre Maschine mit einer 45°-Pyramiden-Grundplatte ausstatten, eliminieren Sie die meisten Interferenzprobleme und können – je nach Pyramide – drei bis sechs Teile pro Zyklus bearbeiten.“

Schunks KSC-Serie 5-Achs-Schraubstöcke sind für diese SEP-Pyramiden ausgelegt, aber Evans betont: Jeder Schraubstock passt. Spezialschraubstöcke sind ein weiterer Punkt, den manche Betriebe übersehen.

Unabhängig von der Spannmethode und der Teileanzahl empfiehlt Evans dringend ein VERO-S- oder vergleichbares Nullpunkt-Spannsystem, um Rüstzeiten zu reduzieren und die Flexibilität des 5-Achs-Zentrums voll auszuschöpfen.

„Angesichts ihrer höheren Kosten ist es besonders wichtig, die Tür eines 5-Achs-Zentrums so lange wie möglich geschlossen zu halten“, erklärt Evans. „Mit einem Schnellwechselsystem und einer drei- oder vierseitigen Pyramide mit je einem Schraubstock können Sie die Maschine nicht nur viel länger zwischen Türöffnungen laufen lassen, sondern auch innerhalb von Minuten auf ein anderes Setup umschalten. Nichts einmessen, nichts abtasten – nächsten Job reinlegen und los.“

Erfahren Sie, warum ein Rundtisch-System nicht mit einem 5-Achs-CNC mithalten kann und vieles mehr in „8 Important Facts About 5-Axis Machining Centers and High-Performance Machining“.

5-Achs-Tipp #2: Werkzeugbahnsimulation nutzen

Mehrere Teile pro Zyklus erhöhen das ohnehin hohe Kollisionsrisiko der 5-Achs-Bearbeitung, wo lange Werkzeuglängen und enge Räume das Interferenzrisiko steigern.

Schlechte Tage durch Maschinenkollisionen lassen sich leicht vermeiden – es braucht nur etwas zusätzlichen Aufwand vorab und eine Software, die das Maximum aus jeder Werkzeugmaschine herausholt, sagt Gene Granata, Produktmanager für Werkzeugbahnsimulationssoftware Vericut bei CGTech.

„Viele Werkstätten verlassen sich auf die Simulationsfähigkeiten ihres CAM-Systems zur Interferenzerkennung“, sagt er. „Das Problem: Ein Programm mag während der Werkzeugbahnerstellung tadellos prüfen, aber nach dem Postprozessing können Fehler eingeführt werden.“

Echte Werkzeugbahnsimulation verifiziert die gesamte Werkzeugmaschine: Verfahrwege, Verhalten spezifischer CNC-Steuerungsfunktionen wie dynamische Offsets und Radiuskorrektur, das sich ständig ändernde Werkstück, Vorrichtungen und Werkzeughalter – sogar die Klemmen, die den Schraubstock am Tisch halten. Dieser Realismus und Genauigkeit ist in kaum einem Programmiersystem erreichbar.

Werkzeugbahnsimulation bietet weit mehr als Kollisionsvermeidung – sie steigert auch die Bearbeitungseffizienz. Da 5-Achs-Operationen generell komplexer sind als an weniger leistungsfähigen Maschinen, fahren viele Programmierer – besonders Neulinge – Werkzeuge viel weiter zurück als nötig, um das Werkstück zu räumen.

Sie nutzen auch langsame Anfahr- und Positioniervorschübe, weil sie nicht sicher sind, wie sich die Maschine bewegt oder wie nah das Werkzeug wirklich an einer Kollision ist.

„Sie verschwenden alle möglichen Zeiten und Bewegungen und durchlaufen umfangreiche Einfahrprozesse auf dem Shopfloor, während ein guter Simulator genau zeigt, was in der Maschine passiert und wie sie sich verhält“, sagt Granata. „Das lässt Programmierer während Positionierbewegungen näher am Teil bleiben, was die Gesamteffizienz erhöht, während gleichzeitig sichergestellt ist, dass es beim Erstellen des Jobs keine Probleme gibt. Das Ziel sollte immer sein: First Part, Good Part.“

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5-Achs-Tipp #3: CNC-Maschine für korrekte Ausrichtung kalibrieren

Ein weiterer Weg, aus der Schusslinie zu bleiben: Spindel und Achsen der Maschine korrekt ausrichten. Die meisten 5-Achs-Bearbeitungszentren verfügen über Tool Center Point (TCP) oder ähnliche Steuerungsfunktionen, um Oberflächenfehler und geometrische Ungenauigkeiten zu vermeiden, die sonst beim Rotieren der Maschinenachsen von Ebene zu Ebene entstehen. Wenn die Maschine selbst jedoch verstimmt ist, nützt alles TCP nichts.

Routinemäßige Maschinenkalibrierung ist an jeder CNC-Werkzeugmaschine wichtig, betont Tom Ellis, Marketingmanager der Laser- und Kalibrierproduktabteilung von Renishaw – aber besonders an 5-Achs-Bearbeitungszentren.

„Angesichts des relativ hohen Drehzentrums ist die Beseitigung aller Fehlausrichtungen fundamental für Ihre Fähigkeit, ein Teil korrekt zu fertigen“, sagt er. „Deshalb haben wir das AxiSet entwickelt.“

Das AxiSet Check-Up-System sieht aus wie nichts weiter als ein Metall-Lollipop auf Magnetfuß. Der Schein trügt. Indem man die Kalibriersphäre auf den Tisch eines 5-Achs-Bearbeitungszentrums oder den Spannfutter eines Multitasking-Drehzentrums legt und sie in verschiedenen axialen und radialen Positionen anmisst, können mechanische Formfehler schnell angezeigt und korrigiert werden. Die Systemssoftware ermittelt auch den exakten Drehmittelpunkt und übermittelt diese Information an die Maschinensteuerung. Das Ergebnis: perfekte Ausrichtung aller Maschinenachsen und Drehpunkte.

„AxiSet, zusammen mit dem XM-60 Multi-Achsen-Kalibrator und QC20-W Ballbar, setzen wir an unseren eigenen Werkzeugmaschinen ein“, sagt Ellis. „Viele realisieren nicht, dass Renishaw ein großer Hersteller ist, der monatlich eine Million Teile für seine diversen Produkte fertigt. Routinemäßige Kalibrierung liefert Daten zur Maschinenperformance und gibt frühzeitige Warnung vor potenziellen Problemen – ob ein Crash passiert ist oder nicht, ob jemand einen gemeldet hat oder nicht.“

5-Achs-Tipp #4: Der Wert automatisierter Spanntechnik

Brad Evans von Schunk hat einen weiteren Rat: Den Schraubstockhebel abschaffen.

„In einer Automationssituation – oder auch für bessere Ergonomie – haben Betriebe die Wahl zwischen hydraulischer und pneumatischer Spannung“, sagt er. „Hydraulik hat bei der Spannkraft die Nase vorn, aber nicht bei weitem, und bei einem Leck im System riskieren Sie Kühlschmierstoffkontamination und Ölbindemittel rund um die Maschine.“

Aus diesen Gründen hat pneumatisches Spannen in den letzten Jahren an Beliebtheit und Fähigkeiten gewonnen. Einfach zu installieren und zu warten, und bei einem Leck entweicht es einfach in die Atmosphäre – kein Problem.

Evans sagt, es sei einfach, einen VERO-S-Schnellwechselspanner oder eine Pyramidenvorrichtung für Druckluft anzuschließen und in eine SPS im Schaltschrank der Maschine einzubinden, falls automatisches Spannen/Lösen gewünscht ist.

Alternativ sind ein Verteiler und handbetätigte Ventile sowohl schnell als auch erschwinglich. In jedem Fall ist automatisierte Spanntechnik ein weiteres Häkchen, das auf einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum gesetzt werden sollte.

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