Werkstatt-Upgrade: Vom 3-Achs- zum 5-Achs-CNC-Bearbeiten für höchste Präzision

Ob Sie ein 3-Achs-Bearbeitungszentrum (VMC) besitzen oder den ganzen Tag daran arbeiten – Sie sind vermutlich ganz zufrieden damit. Mit der richtigen Spannvorrichtung und etwas Fantasie gibt es wenig, was man mit dieser Technologie nicht herstellen kann. VMCs sind günstiger als vergleichbar große Horizontal- oder 5-Achs-Bearbeitungszentren, und es bedarf keiner speziellen Werkstückspannung oder Grabsteine. Schließlich stehen mehr VMC-erfahrene Bediener und Einrichter zur Verfügung als Fachleute für 4- und 5-Achs-Maschinen.

Warum also den Apfelkarren umstoßen und nach etwas Neuem suchen? Der Hauptgrund: um hohe Produktionsausbringung, Produktqualität und optimale Maschinen- und Werkzeugleistung zu gewährleisten – und Kunden dazu zu bringen, Aufträge bei Ihrer Werkstatt nachzubestellen.

Vielleicht haben Sie gehört, dass die Werkstatt um die Ecke gerade eine schöne neue 5-Achs-Maschine installiert hat, und Sie ahnen, dass einer Ihrer Kunden mit denen spricht. Vielleicht haben Sie in den letzten Jahren auch bemerkt, dass bei anspruchsvolleren Teilekonstruktionen und Materialien Lieferzeiten und Losgrößen weiter sinken. Und Sie fragen sich vielleicht, wie Ihre Konkurrenz es schafft, so günstig zu kalkulieren und dabei über Wasser zu bleiben. Alles zusammen genommen schreit die Situation nach einer innovativen und flexiblen Bearbeitungslösung.

Wir werfen einen tieferen Blick darauf, wie Mehrachsmaschinen Wirkung entfalten – und warum es sich für Hersteller jeder Größe lohnt, dies zu prüfen.

Das Argument für Komplexität in 4-Achs- und 5-Achs-Bearbeitungszentren

Dieses Wettbewerbsszenario ist für eine breite Palette von Werkstätten zunehmend vertraut, insbesondere für jene, die Luft- und Raumfahrt- sowie Medizinteile fertigen – oder fertigen möchten –, wo Komplexität und schwierige Materialien Hand in Hand gehen. Vielleicht ist es an der Zeit, die traditionelle VMC-Denke gegen eine einzutauschen, die zusätzliche Achsen, höheren Durchsatz und bessere Teilequalität bietet. Wenn Sie über ein Upgrade nachdenken, kann eine Mehrachsmaschine Zeit und Aufwand in einer Reihe wiederholbarer Bereiche einsparen, die letztlich die Teileproduktion steigern und gleichzeitig die Qualität erhalten. So geht's:

4- und 5-Achs-Maschinen reduzieren WIP und Lieferzeiten

Auf einem 3-Achs-Bearbeitungszentrum benötigen Sie oft bis zu sechs Operationen – eine für jede Seite des Teils –, um ein orthogonales Werkstück wie einen Hydraulikverteiler oder ein Elektronikgehäuse fertigzustellen. Das bedeutet erhöhte unfertige Erzeugnisse (WIP) und Lieferzeiten, zusätzliche Werkstückhandhabung, mehr Gelegenheiten, dass ein Teil beim Warten auf die nächste Operation beschädigt wird, und größere Chancen, dass eine Konstruktionsänderung oder Stornierung eintritt.

4- und 5-Achs-Maschinen erfordern weniger Rüstzeit und weniger Vorrichtungen

Nach der ersten Operation auf einer VMC – meist in einem Maschinenschraubstock durchgeführt – erfordert jeder weitere Bearbeitungsschritt eine Spannvorrichtung. Dieser Ansatz ist in mehrfacher Hinsicht kostspielig: Da ist die Zeit für Konstruktion und Bau jeder Vorrichtung, aber auch die Rüstzeit für jeden einzelnen Arbeitsschritt, ganz zu schweigen von der Lagerung und Verwaltung all dieser Werkzeuge. Vorrichtungen sind schlichtweg teuer.

Die Gesamtqualität der Teile ist besser

Auch die Teilequalität ist zu bedenken. Wenn Teile „in einem Rutsch“ (done in one) gefertigt werden, gibt es keinen Genauigkeitsverlust durch Toleranzkettung zwischen den Operationen, keine Schwankungen darin, wie ein Bediener ein Teil im Vergleich zu einem anderen spannt, und keine Gelegenheiten, ein Teil falsch zu laden. Es besteht auch keine Notwendigkeit, engere Toleranzen zu halten als die Zeichnung verlangt – die Bohrung, die Sie für die Positionierung beim nächsten Arbeitsschritt geplant hatten, kann wie jedes andere Teilmerkmal behandelt werden.

Verbesserte Oberflächengüte, längere Standzeit

5-Achs-Bearbeitungszentren erlauben es, das Werkstück in der vorteilhaftesten Bearbeitungsposition auszurichten. Regelhaft bedeutet das, dass Schneidwerkzeuglängen kürzer gehalten werden können, was wiederum größere Steifigkeit, längere Standzeit und verbesserte Oberflächengüte liefert. Schnittgeschwindigkeiten und insbesondere Vorschübe können in der Regel ebenfalls erhöht werden, was den Durchsatz verbessert. Und weil es leichter ist, Werkstück und Schneide zueinander senkrecht zu halten, werden Standzeit und Produktivität weiter verbessert.

Das Fazit? Zusätzliche Maschinenachsen bedeuten höhere Gewinne und mehr Wachstumschancen für das Unternehmen. Ja, Sie müssen investieren – es gibt die Maschinenausstattung zu bedenken, ein CAD/CAM-Upgrade, neue Spannmittel, Schulungen für Maschinenprogrammierer und Bediener – und es kann zu einer Umverteilung von Verantwortlichkeiten kommen. Am Ende bietet ein 4-Achs-Horizontal- oder 5-Achs-Vertikalzentrum jedoch deutliche Vorteile gegenüber dem konventionellen 3-Achs-Paradigma.

Möchten Sie mehr über die Entwicklung von CNC-Maschinen erfahren? Lesen Sie „Was Sie über Mehrachs-CNC-Bearbeitung wissen müssen.“

Mehrachsbearbeitung: Nicht nur für Luftfahrt- oder Medizinteile

Halten Sie inne: Alle mögen zustimmen, dass 5-Achs-Werkzeugmaschinen perfekt sind für die geschwungenen Oberflächen von Turbinenschaufeln, Knieimplantaten und Formhöhlen. Das Problem: Sie fertigen vielleicht nichts davon, also gibt es keine Notwendigkeit, in 5-Achs-Simultanbearbeitung für die eher geradlinige Arbeit in Ihrer Lohnfertigung zu investieren, richtig?

Das mag stimmen, aber bedenken Sie: Nur weil Sie glauben, keine 5-Achs-Simultanbewegung zu benötigen, heißt das nicht, dass Sie nicht von 5-Achs-Positionierung profitieren, auch bekannt als 3+2. Und es ändert nichts daran, dass zusätzliche Maschinenachsen generell mit den Vorteilen korrelieren: weniger WIP, reduzierte Werkstückhandhabung, kürzere Lieferzeiten, geringere Rüst- und Vorrichtungskosten, längere Standzeiten und bessere Teile – egal welche Teile bearbeitet werden.

Interessiert? Bereiten Sie sich vor. Es gibt mehrere distincte Arten von 5-Achs-Maschinen, darunter Trunnion- und Schwenkrotations-Konfigurationen. Oft ist der beste Weg, um festzustellen, welche für Ihren speziellen Teilemix am besten geeignet ist, auf Probeschnitte zu bestehen. Sie sollten sich auch mit 5-Achs-Maschinenoptionen vertraut machen, wie der Werkzeugmittelpunktssteuerung (Tool Center Point Control), die – wie der Name sagt – den Werkzeugmittelpunkt während komplexer Bewegungen verfolgt und eine automatische sichere Rückzugsfunktion für tief in ein geneigtes Werkstück eingetauchte Werkzeuge bietet. Schließlich sollten Sie Ihre Teilebearbeitung neu denken – ein 3-Achs-Ansatz auf einer 5-Achs-Maschine wird wahrscheinlich nicht die gewünschten Ergebnisse liefern.

Wie sind Ihre Erfahrungen mit Mehrachsbearbeitung wie 4- oder 5-Achs-Zentren? Teilen Sie Ihre Erfahrungen.