5-Achs-Maschinenauslastung maximieren: Expertentipps zu Werkstückspannung, Werkzeugen und Setup

Holen Sie sich die Anleitung eines erfahrenen Zerspaners, wie Sie die 5-Achs-Produktivität mit der richtigen Werkstückspannung, Werkzeugen und proaktivem Setup und Simulation steigern.

Manche Werkstätten vernachlässigen ihre Werkstückspannung beim Kauf ihres ersten 5-Achs-Bearbeitungszentrums. Bei all der Aufregung, die mit dem Schritt in die 5-Achs-Simultanfräserei einhergeht, ist das ein leicht zu übersehender Bereich, aber das könnte bedeuten, dass man die gesamte Leistung und Ausgabe verpasst, die die neue Maschine zu bieten hat.

Ohne den richtigen Schraubstock oder die richtige Vorrichtung können Setups beispielsweise schwieriger werden: Weniger vom Teil ist zugänglich, was zu zusätzlichen Operationen downstream und potenziellen Qualitätsproblemen führt. Werkzeughalter-Interferenz kann zum größeren Problem werden – und könnte einen sehr teuren Crash bedeuten.

Der richtige Schraubstock- oder Vorrichtungstyp ist auch für einen Rundtisch auf einem 3-Achs-Vertikalbearbeitungszentrum wahr – oder wenn man eine 5-Achs-Maschine für grundlegende 3+2-Arbeit nutzt. Auf jeden Fall muss das Werkstück ausreichend erhöht werden, um jede Chance auf Interferenz zwischen Maschinentisch und Spindelgehäuse oder Werkzeughaltern zu eliminieren.

Die Lösung? Legen Sie Ihren 6-Zoll-Maschinenschraubstock weg zugunsten echter 5-Achs-Werkstückspannung. Hier ist ein Primer, wie man einen effektiven Schraubstock oder Vorrichtung für Ihre 5-Achs-Bedürfnisse richtig auswählt – und mehrere weitere wichtige Einblicke in Setup, Simulation und Werkzeughalterauswuchtung.

Selbstzentrierender Schraubstock vs. Einseitig wirkender Schraubstock: Was passt zu Ihnen?

Brauchen Sie einen einseitig wirkenden Schraubstock oder einen selbstzentrierenden? Wie der Name impliziert, zentriert der letztere das Werkstück im Schraubstock und ist hilfreich bei der Durchführung einer Sekundäroperation, wo die Positionierung in Relation zu einem bestehenden Merkmal kritisch ist. Wenn Sie jedoch nur Erstoperationen an Ihrer 5-Achs-Maschine durchführen und das Teil immer woanders fertigstellen, funktioniert jeder Schraubstock perfekt.

Die Notwendigkeit, Schwalbenschwänze zum Spannen zu fräsen (oder zu kaufen)

Viele 5-Achs-Schraubstöcke erfordern, dass Sie den Rohling vormaschinell bearbeiten, indem Sie einen Schwalbenschwanz zum Spannen fräsen und möglicherweise eine Nut oder Bohrung am Lageende des Rohlings, die beide danach weggefäßert werden. Das bedeutet wahrscheinlich, die Rohlinge um ca. 3 mm (1/8 Zoll) übermaß zu sägen und zusätzliche Zeit für die Rohlingvorbereitung einzuplanen – wichtige Überlegungen bei der Kalkulation des Auftrags.

Keine Lust auf Schwalbenschwänze? Fragen Sie Ihren Materiallieferanten, da einige jetzt schwalbenschwanzgefertigte Rohlinge für ihre 5-Achs-Kunden anbieten. Ja, Sie zahlen für diesen Service, aber es könnte kosteneffektiver sein, die Rohlingvorbereitung zu überspringen und Ihre Energie auf das zu konzentrieren, was Sie am besten können: Teile fertigen.

Der Wert von Pyramiden-Schraubstöcken

Da Sie normalerweise die Oberseite und Seiten des Werkstücks bearbeiten (was ja der ganze Punkt der 5-Achs-Bearbeitung ist), sind Sie oft auf ein einzelnes Teil pro Zyklus begrenzt. Da Zykluszeiten typischerweise länger sind, weil Sie mehr Operationen pro Teilehandhabung durchführen, ist das nicht so ein großes Problem, wie Sie zunächst denken mögen. Trotzdem möchten Sie vielleicht die Maschine beladen und ein paar Stunden später zurückkommen.

Sie haben Glück: Eine Reihe von Werkzeugherstellern bietet pyramidenförmige Schraubstöcke an, die drei, vier oder mehr Teile auf einer einzigen Vorrichtung aufnehmen.

Eine volle Palette an Werkstückspannungslösungen und „Schnellwechsel“-Optionen

Seien Sie sich bewusst, dass es eine Reihe weiterer Werkstückspannungsoptionen gibt, einschließlich der Möglichkeit: Teile intern zu spannen, Aufsatzblöcke für zusätzlichen Freiraum zu nutzen, gezahnte und Stufenbacken zu verwenden, doppelseitige oder Mikro-Schraubstöcke einzusetzen sowie auf Schnellwechsel-Mechanismen zu setzen. Die Schnellwechsel-Option ist eine wichtige – wenn Ihre Werkstatt noch nicht auf Nullpunkt- oder Kugelsperr-Positionierung umgestiegen ist, könnte jetzt der richtige Zeitpunkt sein. Angesichts der Investition wollen Sie helfen, die Rüstzeit zu minimieren und zu priorisieren, um den vollen Vorteil Ihrer 5-Achs-Maschine auszuschöpfen.

Der Wert von Auto-Tuning, Anti-Kollisions- und Tastpaketen

Es gibt noch viel mehr zur 5-Achs-Geschichte: Der Maschinentyp und die verfügbaren Optionen zur Unterstützung von 5-Achs-Arbeit erfordern sorgfältige Recherche. Einige Hersteller bieten „Auto-Tuning“-Fähigkeiten an, die geometrische Fehler reduzieren sollen, und Anti-Kollisions-Funktionen, um die Chance auf einen schlechten Tag zu eliminieren. Auch Tastpakete sind eine große Hilfe bei der Bestimmung von Werkstückkoordinatensystemen während des Setups, was für 5-Achs-Neulinge (und erfahrene Zerspaner) verwirrend sein kann.

Für diejenigen, die noch nach einer 5-Achs-Maschine suchen: Seien Sie sich der verschiedenen Maschinenkonfigurationen bewusst, die verfügbar sind. Einige Hersteller nutzen einen Trunnion-Rotary-Ansatz für die A- und B-Achsen, andere einen Schwenkrotations-Mechanismus. Was ist mit Horizontal vs. Vertikal? Die Vor- und Nachteile sind hier genauso anwendbar. Und vergessen wir nicht, dass ein 5-Achs-fähiges Dreh-Fräszentrum oder Multitasking-Maschine in Ihrer Zukunft liegen könnte, was ein ganz anderes Tier ist. Was auch immer der Fall – stellen Sie sicher, dass Sie mit einem Unternehmen zusammenarbeiten, das 5-Achs-Bearbeitung versteht und Ihnen hilft, das Maximum aus Ihrer Investition herauszuholen.

Der Wert der Maschinensimulation: Wie CAD/CAM helfen kann

Suchen Sie nach weiteren Setup-Optionen? Es gibt einen weiteren Weg, Rüstzeit zu reduzieren: Werkzeugbahn-Simulationssoftware. Es gibt eine Reihe hervorragender Pakete, die meisten davon lassen sich sauber mit Ihrem CAM-System verbinden. Alle sind eine große Hilfe an jeder Werkzeugmaschine, aber besonders an einer mit fünf (oder mehr) Achsen, wo Maschinenbewegungen generell komplex sind und Werkzeugfreiräume oft herausfordernd.

Die Simulation der Werkzeugbahn im CAD/CAM-Büro eliminiert Überraschungen während des Setups. Sie gibt Programmierern die Chance, alles am Setup zu optimieren – von der Minimierung der Werkzeuglängen über die Reduzierung verschwendeter Bewegungen bis hin zur Prüfung auf Einkerbung oder Interferenz. Sie lässt auch die Setup-Leute wissen, was sie erwartet, was sie sicherer im Ergebnis macht. Zugegeben, die Implementierung eines solchen Systems erfordert etwas Vorarbeit beim Modellieren von Vorrichtungen und Werkzeughaltern, aber die meisten davon sind zum Download verfügbar. Kurz gesagt: Wenn Sie nicht simulieren, verschwenden Sie Zeit und schaffen Risiko.

Vergessen Sie nicht den Wert ausgewuchteter Werkzeughalter-Montagen

Last but not least ist die Werkzeugaufnahme. Genau wie der Schraubstock in den meisten 5-Achs-Setups erhöht werden muss, müssen auch die Schaftfräser und Bohrer so ausgeführt werden, dass sie weiter reichen. Zum Glück gibt es keine Knappheit an Langzeitwerkzeugen: Der Trick ist, in die richtigen zu investieren und sie dann richtig einzusetzen. Wie macht man das? Man kann mit dem Auswuchten beginnen.

Sie drehen Ihre Werkzeuge vielleicht nicht mit 20.000 min⁻¹, also denken Sie vielleicht, ausgewuchtete Werkzeughalter (oder richtiger: ausgewuchtete Werkzeughalter-Montagen) sind unnötig. Das wäre falsch, besonders bei den Langzeit-Haltern, die bei der 5-Achs-Bearbeitung üblich sind, wo jeder Rundlauf oder Unwucht exponentiell verstärkt wird.

Also selbst wenn Sie nur mit ein paar tausend min⁻¹ laufen, ist es eine verdammt gute Idee, auszuwuchten. Und zwar als komplette Montage, mit Schneidwerkzeug, Werkzeughalter und Spannmutter (falls zutreffend) eingeschlossen. Während Sie dabei sind, bringen Sie das und die Werkzeugversätze offline, indem Sie in einen guten Voreinsteller investieren. Zusammen mit Ihrem glänzenden neuen 5-Achs-Bearbeitungszentrum werden Sie bald Teile fertigen wie nie zuvor.

Holen Sie das Maximum aus Ihrer 5-Achs-Maschine heraus? Teilen Sie Ihre Herausforderungen.