3-Achs- vs. 4-Achs- vs. 5-Achs-CNC-Bearbeitung: Wichtige Unterschiede erklärt

Was ist CNC-Bearbeitung?

Die computergesteuerte Fertigung und Bearbeitung von Produkten oder Teilen wird als CNC-Bearbeitung bezeichnet. CNC-Bearbeitung ist die automatische Materialabtragung durch computergesteuerte (CNC) Maschinen, um ein Werkstück zu formen und zu dimensionieren. Als Material kommen meist Kunststoffe oder Metalle zum Einsatz; nach Abschluss der Abtragung entsteht das fertige Produkt.

Dieser Prozess wird auch als subtraktive Fertigung bezeichnet. Zur Steuerung der Werkzeugbewegungen ist in der Regel eine Computeranwendung erforderlich.

Gängige CNC-Werkzeugmaschinen

Zu den CNC-Bearbeitungsverfahren zählen am häufigsten CNC-Fräsen und CNC-Drehen, gefolgt von Schleifen, Erodieren usw.

CNC-Fräsen

Beim CNC-Fräsen wird ein rotierendes Werkzeug auf die Werkstückoberfläche aufgebracht und bewegt sich entlang von 3, 4 oder 5 Achsen. Durch Fräsen lassen sich komplexe Geometrien und Präzisionsteile schnell aus Metallen oder Thermoplasten herstellen.

CNC-Fräsmaschinen sind Weiterentwicklungen konventioneller Fräsmaschinen. Die Bearbeitungstechnik und Struktur ähneln sich weitgehend. Man unterscheidet Maschinen ohne und mit Werkzeugmagazin; letztere werden als Bearbeitungszentren bezeichnet.

CNC-Drehen

Beim CNC-Drehen werden auf einer Drehmaschine Teile mit zylindrischen Merkmalen gefertigt. Das Werkstück rotiert auf einer Spindel und berührt ein präzises Drehwerkzeug, um Rundungen, radiale und axiale Bohrungen sowie Nuten zu formen.

Vorteile der CNC-Bearbeitung

Im Vergleich zur manuellen Bearbeitung ist CNC effizienter. Bei korrekter Programmierung und konstruktiver Übereinstimmung erreichen die Fertigmaße hohe Präzision bei minimalen Fehlern.

CNC-Fertigung eignet sich ideal für Rapid Prototyping. Auch Endprodukte und Komponenten lassen sich herstellen, doch ist dies meist nur bei Kleinserien und Kurzzeitfertigung kosteneffizient.

Mehrachsige CNC-Bearbeitung

Bei der CNC-Bearbeitung entfernen rotierende Werkzeuge Material. Das Werkstück bleibt stationär, das Werkzeug bewegt sich darauf zu, oder das Werkstück wird in einem vorgegebenen Winkel in die Maschine geführt. Je mehr Bewegungsachsen die Maschine besitzt, desto schneller und komplexer gelingt die Formgebung.

3-Achs-CNC-Bearbeitung

Die 3-Achs-Bearbeitung bleibt eines der populärsten und am weitesten verbreiteten Verfahren. Das Werkstück bleibt stationär, während das rotierende Werkzeug entlang der X-, Y- und Z-Achse schneidet. Es handelt sich um eine relativ einfache Form der CNC-Bearbeitung, die Produkte mit einfachen Strukturen erzeugt. Für komplexe Geometrien oder Bauteile ist sie ungeeignet.

Da nur drei Achsen bearbeitet werden können, sind die Bearbeitungsgeschwindigkeiten oft langsamer als bei 4- oder 5-Achs-Maschinen. Um die gewünschte Form zu erreichen, muss das Werkstück möglicherweise manuell neu positioniert werden.

4-Achs-CNC-Bearbeitung

Bei der 4-Achs-Bearbeitung wird eine vierte Achse zur Werkzeugbewegung hinzugefügt, die eine Drehung um die X-Achse ermöglicht. Es stehen nun vier Achsen zur Verfügung: X-, Y-, Z-Achse und A-Achse (Drehung um die X-Achse). Die meisten 4-Achs-Maschinen erlauben auch die Drehung des Werkstücks (B-Achse), sodass sie sowohl als Fräs- als auch als Drehmaschine fungieren können.

Präziser ausgedrückt: 4-Achs-CNC-Bearbeitung bedeutet Vier-Achs-Simultanverfahrung. Die Maschine muss vier steuerbare Achsen besitzen, die gleichzeitig interpolieren können – also gemeinsame Bewegungssteuerung in Echtzeit. Der Bewegungsvektor ergibt sich aus der synthetischen Geschwindigkeit aller vier Achsen, die der Controller intern über den Interpolationsalgorithmus berechnet.

Beim 4-Achs-Bearbeitungszentrum handelt es sich um X-, Y-, Z-Achse plus eine Drehachse A (alternativ B- oder C-Achse). Die Definitionen von A, B, C entsprechen der Rotation um X, Y, Z. Welche Achse als vierte dient, hängt von der Einbauposition ab. Diese vierte Achse kann nicht nur unabhängig verfahren, sondern auch gekoppelt mit einer, zwei oder allen vier Achsen simultan bewegt werden.

Einige Maschinen verfügen über vier Achsen, die jedoch nur als Indexierachse (3+1) nutzbar sind. Ein echtes 4-Achs-Simultan-System kann insgesamt mehr als vier Achsen haben, aber maximal vier simultan verfahrbare Achsen.

Für Bohrungen an Zylinderseiten oder seitlichen Flächen ist 4-Achs-Bearbeitung ideal: Sie beschleunigt den Prozess erheblich und liefert hohe Genauigkeit.

5-Achs-CNC-Bearbeitung

Die 5-Achs-Bearbeitung fügt gegenüber der 4-Achs-Bearbeitung eine weitere Drehachse hinzu. Die fünfte Achse ist die Rotation um die Y-Achse (B-Achse). Bei manchen Maschinen kann auch das Werkstück rotieren (B- oder C-Achse).

Dank ihrer hohen Vielseitigkeit eignet sich 5-Achs-Bearbeitung für komplexe Präzisionsteile – etwa medizinische Implantate (Prothesen, Knochen), Öl- und Gastechnik, Luft- und Raumfahrtkomponenten sowie Rüstungsgüter.

Wie wählt man zwischen 3-, 4- und 5-Achs-CNC-Bearbeitung?

Ein direkter Vergleich der drei Varianten ist nicht zielführend. Die Entscheidung ähnelt dem Autokauf: Sportwagen, Lkw oder Familienwagen – die Wahl hängt von Budget, Verwendungszweck und Anforderungen ab.

3- und 4-Achs-Bearbeitung haben jeweils ihre Domänen. Viele Teile lassen sich wirtschaftlich mit 3 Achsen fertigen; andere erfordern zwingend 4 Achsen. In der Praxis können die meisten Teile 3-achsig bearbeitet werden. 4-Achs-Maschinen sind teurer; für Einsteiger bietet sich oft eine 3-Achs-Maschine an. Wer jedoch sowohl 3- als auch 4-Achs-Teile fertigen will, kann direkt in eine 4-Achs-Maschine investieren.

Sie müssen sich jedoch nicht selbst entscheiden. JTR bietet professionelle CNC-Bearbeitungsdienstleistungen. Sie teilen uns Ihre Anforderungen mit – wir realisieren die Produktion. Für weitere Informationen zu JTRs CNC-Services kontaktieren Sie uns gerne.