5-Achs-Bearbeitung: Vorteile und Kompromisse für die moderne Fertigung

Die 5-Achs-Bearbeitung bietet hohe Effizienz und Präzision bei einmaliger Werkstückspannung. Sie eignet sich für moderne Formenbauanwendungen wie Auto- und Flugzeugstrukturteile. Nicht nur in der Zivilindustrie, sondern auch in Luftfahrt, Militär, Forschung, Präzisionsinstrumenten und hochpräziser Medizintechnik weit verbreitet. Es ist eine Hochtechnologie, die das Unmögliche möglich macht: alle räumlichen Freiformflächen und ungewöhnlichen Formen können bearbeitet oder gefertigt werden. Nicht nur komplexe Teile und Industrieprodukte lassen sich bearbeiten, sondern auch Bearbeitungseffizienz steigern und Prozesskette verkürzen.

Doch es gibt auch Nachteile. Hier werden Vor- und Nachteile der 5-Achs-Bearbeitung detailliert dargestellt.

Vorteile der 5-Achs-CNC-Bearbeitung

Optimale Schneidbedingungen erhalten & Schnittbedingungen verbessern

Im 3-Achs-Schneidmodus verschlechtert sich die Schneidleistung, wenn der Werkzeugpfad zur Teileoberkante oder -kante führt. Um hier optimale Bedingungen zu halten, muss der Rundtisch bewegt werden. Will man eine unregelmäßige Ebene vollständig bearbeiten, muss der geneigte Rundtisch mehrfach in verschiedene Richtungen bewegt werden. 5-Achs-Bearbeitung vermeidet zudem die Nullgeschwindigkeit der Kugelkopffräser-Mittellinie und erzielt so bessere Oberflächenqualität.

Zeitersparnis | Bearbeitungszeit reduzieren

Das 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum spart viel Zeit im universellen Bearbeitungszentrum. Die meisten in CNC-Werkstätten gefertigten Teile benötigen 5-Seiten-Bearbeitung. 5-Achs-CNC-Fräsen erledigt dies schnell und effizient in der Produktion. Nur eine einzige Spannung ist nötig, was Zykluszeit und Kosten spart. Damit ist es eine kosteneffektive Lösung, die die Markteinführungszeit des Endprodukts beschleunigt.

Bei der 5-Achs-Bearbeitung hält das Werkzeug die Senkrechte zur bearbeiteten Fläche des komplexen Werkzeugs, was die Spindelauslastung stark verbessert. Das 5-Achs-Prinzip eignet sich auch für Schrägseitenfräsen, wodurch wellenförmige Linien durch Kugelkopffräser eliminiert werden. Dies verbessert die Oberflächenqualität der Form und reduziert manuelles Nachpolieren.

Bearbeitungsgenauigkeit verbessern

Die Genauigkeit des 5-Achs-CNC-Fräsens ist erhöht, da minimale Spannungen nötig sind. Zusätzliche Spannungen verursachen nur mehr Fehler. Auch die Werkzeugstandzeit wird verlängert – Folge kürzerer Werkzeuge.

Durch 5-Achs-Technologie wird das Problem mehrfacher Neupositioniergenauigkeit bei komplexen Winkeln gelöst. Nicht nur Zeitersparnis, sondern vielfache Verbesserung der Bearbeitungstoleranzen. Die hohen Kosten für Mehrfachvorrichtungen im konventionellen Verfahren entfallen. 5-Achs-Bearbeitung ermöglicht komplexe Teile: Bohren, Kegelbearbeitung, Kavitäten in Freiformflächen etc., die konventionell meist nicht machbar sind.

Hochwertige Oberflächenbehandlung | Komplexe Formen

Diese Konfiguration ermöglicht hochwertige Oberflächen. Das Teil liegt in der 5-Achs-Maschine näher am Schneidwerkzeug. Die beiden zusätzlichen Achsen erlauben kurze Werkzeuge, die weniger vibrieren – Resultat: hochwertige Oberflächengüte.

Ein weiterer Vorteil: Bearbeitung komplexer Formen. Alle fünf Achsen bearbeiten diverse Teile. Die zusätzliche Bewegung schafft Raum für Winkel und Bögen. Früher benötigten diese zusätzliche Spannungen und Spezialvorrichtungen.

Hohe Produktivität

5-Achs-Bearbeitung reduziert effektiv Bearbeitungs- und Nebenzeiten. Großer Spindeldrehzahl- und Vorschubbereich verleiht der Maschine starke Schneidleistung. 5-Achs-Bearbeitung tritt in das Zeitalter der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ein. Schnelle Bewegung, Positionierung und Hochgeschwindigkeitsschneiden verkürzen Durchlaufzeiten von Halbzeugen und steigern Produktionseffizienz und -genauigkeit.

Nachteile der 5-Achs-Bearbeitung

Offensichtlich sind Vorteile und Bedeutung der 5-Achs-CNC-Technik in Fertigung und Produktion erkannt. Bei komplexen Freiformflächen wendet man sich der 5-Achs-Technik zu. Hauptanforderungen an CNC-Maschinen: Mehrachsigkeit, Hochgeschwindigkeit, gute Steifigkeit, hohe Leistung; Koordinatenanzahl meist 3 bis 5 Achsen. Doch in der Zerspanungsindustrie ist der Einsatz von 5-Achs-Bearbeitung nicht so umfangreich wie gedacht, aus folgenden Gründen:

Kosten zu hoch

Einerseits sind Anschaffungskosten einer 5-Achs-Maschine und der benötigten Software weit höher als bei einem herkömmlichen 3-Achs-Bearbeitungszentrum. Andererseits ist die Maschinenwartung anspruchsvoller. Dies führt direkt zu deutlich höheren Teilekosten im Vergleich zu 3-Achs-Bearbeitung.

Komplex und schwierig zu programmieren

Da 5-Achs-Bearbeitung neben drei Linearbewegungen zwei Drehbewegungen umfasst, ist die resultierende räumliche Bahn der Überlagerungsbewegung sehr komplex und abstrakt, schwer vorstellbar und verständlich. Beispiel: Um geforderte Freiformflächen im Raum zu bearbeiten, sind oft viele Koordinatentransformationen und komplexe räumlich-geometrische Berechnungen nötig, zudem Koordination der Achsbewegungen zur Vermeidung von Interferenz, Kollision und für geeignete Interpolationsbewegungen. Für geforderte Bearbeitungsgenauigkeit und Oberflächenqualität wird die Programmierung noch anspruchsvoller.

Hohe technische Anforderungen an Bediener

5-Achs-Bearbeitung ist eine fortgeschrittene Technologie, die höher qualifiziertes Personal erfordert. Von der Programmierung bis zur Bearbeitung unterscheidet sie sich von üblichen 3-Achs-Maschinen. Hochqualifizierte Bediener sind nötig – was höhere Personalkosten bedeutet.