CNC-Maschinentypen verstehen: Umfassender Leitfaden

CNC-Zerspanung ist zu einer der beliebtesten Methoden für das Schneiden und Produzieren von Bauteilen in der Fertigungsindustrie geworden, da computergesteuerte Prozesse schnell und präzise arbeiten und signifikante Kosteneinsparungen gegenüber traditionellen Zerspanungsprozessen bieten. Es gibt jedoch viele verschiedene CNC-Maschinentypen – Fräsen, Bohren, Drehen. Einige basieren auch auf Schneidmethoden: Werkzeuge, Laser, Plasma, Erodieren. Für Werkstattinhaber und Fertiger kann es herausfordernd sein, den passenden CNC-Maschinentyp für ihre Branche zu finden.

In diesem Artikel erklären wir Anwendungen und Limitationen jedes CNC-Maschinentyps, damit Sie entscheiden können, welcher am besten zu Ihren Zerspanungsanforderungen passt.

CNC-Maschinentypen

CNC-Maschinen lassen sich in zwei Hauptkategorien einteilen: 3-Achs-CNC-Maschinen und Mehrachs-CNC-Maschinen.

Eine 3-Achs-CNC-Maschine kann für Fräsen oder Drehen genutzt werden, während eine Mehrachs-CNC-Maschine drei Klassifikationen hat:

• Indexiertes CNC-Fräsen 3+2 Achsen
• Kontinuierliche 5-Achs-CNC-Maschine
• Fräsen-Drehen (Mill-Turning)

3-Achs-CNC-Maschinen

Dies sind die gängigsten CNC-Maschinen in Werkstätten. Sie erlauben Werkzeugbewegung relativ zum Werkstück in drei Richtungen: X-, Y- und Z-Achse. Die grundlegende Nomenklatur:

• X-Achse: links-rechts
• Y-Achse: vorwärts-rückwärts
• Z-Achse: auf-ab

Es gibt zwei Arten von 3-Achs-CNC-Maschinen: Fräsmaschinen und Drehmaschinen.

CNC-Fräsmaschinen

Hier wird das Werkstück stationär im Schraubstock gespannt, Material wird mit speziellen Schneidwerkzeugen abgetragen. Diese Werkzeuge sind an einer Spindel befestigt, die mit sehr hoher Drehzahl entlang der drei linearen Achsen X, Y, Z rotiert.

Vorteile:

• Relativ einfach zu programmieren
• Bessere Performance als andere Konfigurationen
• Niedrige Kosten

Anwendungen:

• Gut für Standardgeometrien

Limitationen:

• Nicht geeignet für Anwendungen, die Kombinationen von zwei oder mehr Achsen erfordern

CNC-Drehmaschinen (Drehbänke)

CNC-Drehmaschinen produzieren mehr Volumen bei geringeren Stückkosten als Fräsmaschinen. Das Werkstück wird stationär auf einer Spindel gehalten, während ein Schneidwerkzeug seinen Außen- und Innenumfang bearbeitet, um die gewünschte Form zu erreichen. Die Drehmaschine kann auch Mittellochbohrungen mit Zentrierbohrern und Innen Schneidwerkzeugen ausführen.

Vorteile:

• Niedrige Stückkosten
• Exzellente Genauigkeit

Anwendungen:

• Nützlich für Gewinde, Ebenen, dreidimensionale komplexe Produkte

Limitation:

• Kann nur zylindrische Formen produzieren

5-Achs-CNC-Maschine

Eine 5-Achs-CNC-Maschine überwindet die Limitationen der CNC-Drehmaschine. Wie der Name andeutet, bewegt sie sich in fünf Richtungen: X, Y, Z, A und B. Die A-Achse ist die vierte Achse und bezeichnet Rotation um das Bett (X-Achse). Die B-Achse ist die fünfte Achse und bezeichnet Rotation um den Werkzeugkopf (Y-Achse).

Vorteile:

• Einfacheres Design komplexer Geometrien durch Compound-Winkel-Positionierung
• Niedrigere Zykluszeiten zur Optimierung der Bearbeitungskosten
• Verbesserte Dimensionsstabilität

Anwendungen:

• Bauteile mit komplexen Formen und minimalen Toleranzen: Laufräder, Turbinen, Ansaugkanäle etc.

Limitationen:

• Erfordert kostspieliges Setup und erfahrene Bediener

Wissenswert: Es gibt zwei 5-Achs-Typen – indexiert und kontinuierlich. Der kontinuierliche Typ erlaubt simultane Bewegung aller fünf Achsen; der indexierte Typ bietet keine kontinuierliche Bewegung um A- und B-Achse, sondern rotiert, bleibt während der Operation stationär und orientiert sich für den nächsten Schneidort neu.

Fräsen-Drehen CNC-Zentrum (Mill Turning CNC Center)

Fräsen-Drehen-CNC-Zentren entsprechen CNC-Drehmaschinen, haben aber Fräsfähigkeiten. Damit wird Materialentfernung vom Werkstück einfacher. Die Spindel hält das Werkstück und kann wie eine Drehmaschine rotieren für höhere Produktivität. Fräsen-Drehen-Zentren erreichen komplexe geometrische Flexibilität wie 5-Achs-CNC-Fräsmaschinen.

Vorteile:

• Reduziert Spannzeiten
• Senkt Beschaffungskosten
• Spart Werkzeugwechselzeit
• Erhöht Prozesseffizienz

Anwendungen:

• Nützlich für runde Teile, die Fräsen oder Bohren erfordern

Limitationen:

• Rotation um Z-Achse nicht möglich

7-Achs-CNC-Maschine

Manchmal erfordert das Design komplexer Topografien für Luft- und Raumfahrt- oder Militärbauteile Rotation um das Werkstück oder des Werkzeugkopfs – Funktionen, die 5-Achs-Maschinen nicht bieten. Hier werden 7-Achs-CNC-Maschinen unverzichtbar. Zusätzlich zu allen Achsen einer 5-Achs-Maschine bieten sie Bewegung entlang der Z-Achse und Armrotation, um Zeit beim Werkstückwechsel zur anderen Maschine zu sparen.

Vorteile:

• Rotation um das Werkstück
• Spart Zeit beim Maschinenwechsel
• Verbessert Verarbeitungsgeschwindigkeit

Anwendungen:

• Für komplexe Luft- und Raumfahrt- sowie Militärkomponenten

Limitationen:

• Teurer als 5-Achs-Maschinen

12-Achs-CNC-Maschinen

Unter allen CNC-Maschinentypen sind 12-Achs-Maschinen die fortschrittlichsten. Sie bieten enorme Bearbeitungsautonomie ohne menschlichen Eingriff. Sie können Fräsen, Bohren und Schneiden an Leichtlegierungen wie Aluminium ausführen. Das Besondere: Zwei Spindelköpfe – Vertikales Bearbeitungszentrum (VMC) und Horizontales Bearbeitungszentrum (HMC). Damit erreichen sie Präzision in 12 verschiedenen Winkeln.

Vorteile:

• Unübertroffene Designflexibilität
• Schnelle Setup-Änderungen

Anwendungen:

• Ideal für anspruchsvollste Zerspanungsprozesse

Limitationen:

• Erfordert hochkomplexes Setup und Expertenbediener

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