Drei bewährte Techniken zum Bau von 5-Achs-CNC-Maschinen

Wie man einen 5-Achs-CNC-Werkzeugbau angeht

In allen Klassifikationen gibt es drei Hauptmethoden zum Bau von 5-Achs-Werkzeugmaschinen. Hier die Vorstellung: Der Schwenkkopf (Swing Head) erreicht die meisten Bearbeitungswinkel. Diese Maschine und andere 5-Achs-Komponenten wie 4+1- und 3+2-Bearbeitungszentren gelten als sehr komfortabel. Aufgrund der bestehenden 3-Achs-Ausrichtung hat der letztere praktische Vorteile. Traditionell ist bekannt, dass ein Bearbeitungszentrum mindestens drei Achsen (X, Y, Z) besitzt. Für vertikale und horizontale Modelle können weitere Achsen ergänzt werden, um die 5-Achs-Maschine zu realisieren.

Arbeitstisch & Indexierung

Durch zwei zusätzliche Achsen am Rundtisch können die X-, Y-, Z-Achsen in zwei neue Arbeitsdimensionen bewegt werden – ermöglicht Schnitte unter vielfachen Winkeln. Die 4+1-Struktur ist identisch; alle Mechanismen stehen unter CNC-Steuerung, sodass synchronisierte Aktionen die Zielgenauigkeit perfekt treffen.

Werkzeughalter & Bearbeitung

In der Werkzeugmaschinenindustrie werden alle Maschinentypen mit mindestens einem Werkzeughalter konstruiert und bestückt. Drehmaschinen, Fräsmaschinen, Bearbeitungszentren, Bohrmaschinen, Bohrwerke, Gewindeschneidmaschinen – alle haben Werkzeughalter zum Spannen und Lösen, damit verschlissene Schneiden durch neue ersetzt oder nachgeschliffen werden können. Im Maschinenbau ist der Maschinenkegel (Machine Taper) das System zur Sicherung von Schneidwerkzeugen oder Werkzeughaltern in der Maschinenspindel oder Power-Tool-Spindel. Prinzipiell wird ein konischer Konvexkörper in eine konkave Aufnahme mit passenden, gleichwinkligen Kegeln eingesetzt.

Fast alle Maschinenspindeln und viele Power-Tool-Spindeln nutzen Kegel als Hauptverbindungsmethode – auch bei vielen traditionellen und fortgeschrittenen Bohrmaschinen, Handbohrern, Drehmaschinen. Selbst wenn ein Spannfutter (Bohrfutter, Spannzangenfutter) vorhanden ist, sind diese noch per Kegel angebunden. Bei Bohrern, Bohrmaschinen, Fräsmaschinen ist der Konvexkörper der Werkzeugschaft oder Werkzeughalter, die weibliche Aufnahme ist in die Spindel integriert – das ist die Grundkomposition.

Werkstückgrößen

Übersteigt die Werkstückgröße die zulässige Betriebsgröße, verursacht die Bearbeitung übermäßige Maschinenvibrationen, die die Genauigkeit des Bearbeitungszentrums mindern. Inakzeptabel für Hersteller und nachgelagerte Linien – daher können zusätzliche Strukturelemente am Maschinenkörper für bessere Steifigkeit beim Fräsen sorgen. Der Fräsprozess nutzt rotierende Werkzeuge zum Materialabtrag durch Vorschub in ein oder mehrere Werkstücke. Natürlich kann dies in verschiedene Richtungen erfolgen. In der Metallbearbeitung umfasst das Fräsen im Bearbeitungszentrum diverse Operationen – vom winzigen Teil bis zum schweren Großfräsen. Die Doppelsäule plus 5-Achs-Funktion ist eine sehr praktische Lösung für Vibrationsprobleme bei gleichzeitiger Genauigkeitssteigerung. Doppelsäulen-Bearbeitungszentren teilen sich in feststehende und bewegliche Säulen. Beim festen Typ sind beide Säulen unbeweglich; beim beweglichen entsteht eine weitere Achse, was die Bearbeitungskomfort stark erhöht. 5-Achs-CNC-Doppelsäulen-Bearbeitungszentrum ist ein hochentwickeltes Werkzeug für vielfältige Bearbeitungsaufgaben. Nach der 5-Achs-Entwicklung verläuft die Entwicklung dieses Maschinentyps reibungslos in der Industrie. Seither wird das Bearbeitungszentrum branchenweit mit breitem Anwendungsspektrum genutzt.

Neuer Trend?

Ob Automobilindustrie oder 3C-Konsumgüterelektronik – Hersteller, die im 21. Jahrhundert Bearbeitungsaufgaben bewältigen müssen, tendieren zu Bearbeitungszentren für breitere Anwendungen. Die Werkzeugmaschine ist das grundlegendste Kapitalgut und entscheidet maßgeblich über die Endproduktqualität. Maschinenqualität wird zum Schlüssel für Endproduktqualität. Maschinenbestand ändert sich stetig. Nach Erfindung des Bearbeitungszentrums und CNC-Steuerung (Computerized Numerical Control) sind Bearbeitungsstandards strenger geworden. Neben CNC-Bearbeitungszentren gibt es CNC-Drehzentren, CNC-Fräsmaschinen, CNC-Dreh-Fräszentren, CNC-Bohr-Fräsmaschinen und weitere kundenspezifische Werkzeugmaschinen.