Die Auswahl des richtigen Maschinentyps bei der mehrachsigen CNC-Bearbeitung gehört zu den wichtigsten Entscheidungen. Es bestimmt die Gesamtfähigkeit des Prozesses, die möglichen Designs und die Gesamtkosten. 3-Achsen vs. 4-Achsen vs. 5-Achsen-CNC-Bearbeitung ist eine beliebte Debatte und die richtige Antwort hängt von den Anforderungen des Projekts ab.
Dieser Leitfaden wirft einen Blick auf die Grundlagen der mehrachsigen CNC-Bearbeitung und vergleicht die 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung, um Ihnen bei der Entscheidungsfindung zu helfen.
Einführung in die 3-Achsen-Bearbeitung
Die Spindel bewegt sich linear in X-, Y- und Z-Richtung und das Werkstück benötigt Vorrichtungen, die es in einer Ebene halten. Die Möglichkeit, auf mehreren Ebenen zu arbeiten, ist bei modernen Maschinen möglich. Sie erfordern jedoch spezielle Vorrichtungen, deren Herstellung etwas teuer ist und die auch viel Zeit in Anspruch nehmen.
Es gibt jedoch auch einige Einschränkungen hinsichtlich der Möglichkeiten von 3-Achsen-CNCs. Viele Funktionen sind trotz der relativen Preise von 3-Achsen-CNCs entweder wirtschaftlich nicht rentabel oder einfach unmöglich. Beispielsweise können 3-Achsen-Maschinen keine Winkelmerkmale oder andere Elemente im XYZ-Koordinatensystem erstellen.
Im Gegensatz dazu können 3-Achsen-Maschinen Hinterschneidungen erzeugen. Sie benötigen jedoch mehrere Voraussetzungen und spezielle Fräser wie T-Nuten- und Schwalbenschwanzfräser. Die Erfüllung dieser Anforderungen kann manchmal die Preise in die Höhe schnellen lassen und manchmal ist es sinnvoller, sich für eine 4-Achsen- oder 5-Achsen-CNC-Fräslösung zu entscheiden.
Einführung in die 4-Achsen-Bearbeitung
Die 4-Achsen-Bearbeitung ist fortschrittlicher als ihre 3-Achsen-Gegenstücke. Zusätzlich zur Bewegung des Schneidwerkzeugs in XYZ-Ebenen ermöglichen sie auch eine Drehung des Werkstücks um die Z-Achse. Dies bedeutet, dass das 4-Achsen-Fräsen auf bis zu vier Seiten erfolgen kann, ohne dass besondere Anforderungen wie spezielle Vorrichtungen oder Schneidwerkzeuge erforderlich sind.
Wie bereits erwähnt, macht die zusätzliche Achse diese Maschinen in einigen Fällen, in denen 3-Achsen-Maschinen die Arbeit erledigen können, jedoch mit besonderen Anforderungen, wirtschaftlicher. Die zusätzlichen Kosten, die für die Herstellung der richtigen Vorrichtungen und Schneidwerkzeuge auf 3-Achsen-Maschinen erforderlich sind, übersteigen den Gesamtkostenunterschied zwischen 4-Achsen- und 3-Achsen-Maschinen. Dadurch sind sie für einige Projekte eine praktikablere Wahl.
Darüber hinaus ist die Gesamtqualität ein weiterer wichtiger Aspekt beim 4-Achs-Fräsen. Da diese Maschinen auf 4 Seiten gleichzeitig arbeiten können, ist eine Neupositionierung des Werkstücks auf den Vorrichtungen nicht erforderlich. Dadurch wird das Risiko menschlicher Fehler minimiert und die Gesamtgenauigkeit verbessert.
Heutzutage gibt es zwei Arten der 4-Achsen-CNC-Bearbeitung; kontinuierlich und indexierend.
Durch die kontinuierliche Bearbeitung können sich Schneidwerkzeug und Werkstück gleichzeitig bewegen. Das bedeutet, dass die Maschine Material schneiden kann, während sie rotiert. Dadurch lassen sich komplexe Bögen und Formen wie Helixe sehr einfach bearbeiten.
Die indexierende Bearbeitung hingegen erfolgt in Etappen. Das Schneidwerkzeug stoppt, sobald das Werkstück beginnt, sich um die Z-Ebene zu drehen. Das bedeutet, dass Indexierungsmaschinen nicht über die gleichen Fähigkeiten verfügen, da sie keine komplexen Bögen und Formen erzeugen können. Der einzige Vorteil besteht darin, dass das Werkstück nun auf vier verschiedenen Seiten bearbeitet werden kann, ohne dass spezielle Vorrichtungen erforderlich sind, die bei einer 3-Achsen-Maschine erforderlich sind.
Einführung in die 5-Achsen-Bearbeitung
Die 5-Achsen-Bearbeitung geht noch einen Schritt weiter und ermöglicht die Drehung in zwei Ebenen. Diese mehrachsige Rotation und die Fähigkeit des Schneidwerkzeugs, sich in drei Richtungen zu bewegen, sind die beiden wesentlichen Eigenschaften, die es diesen Maschinen ermöglichen, die komplexesten Aufgaben zu bewältigen.
Es gibt zwei Arten der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung auf dem Markt. 3+2-Achsen-Bearbeitung und kontinuierliche 5-Achsen-Bearbeitung. Beide arbeiten in allen Ebenen, erstere hat jedoch die gleichen Einschränkungen und das gleiche Funktionsprinzip wie eine indexierende 4-Achsen-Maschine.
Die 3+2-Achsen-CNC-Bearbeitung ermöglicht eine voneinander unabhängige Drehung, schränkt jedoch die gleichzeitige Verwendung beider Koordinatenebenen ein. Im Gegensatz dazu gibt es bei der kontinuierlichen 5-Achs-Bearbeitung solche Einschränkungen nicht. Dies ermöglicht eine hervorragende Kontrolle und die Möglichkeit, die komplexesten Geometrien bequem zu bearbeiten.
Hauptunterschiede zwischen 3-, 4- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung
Um das beste Gleichgewicht zwischen Kosten, Zeit und Qualität des Prozesses sicherzustellen, ist es wichtig, die Komplexität und Einschränkungen der Art der CNC-Bearbeitung zu verstehen.
Wie bereits erwähnt, wären zahlreiche Projekte bei einem ansonsten wirtschaftlichen 3-Achsen-Fräsen aufgrund der Komplexität der Vorrichtungen und Prozesse teurer. Ebenso wäre es gleichbedeutend mit der Bekämpfung von Kakerlaken mit einem Maschinengewehr, wenn man sich einfach für ein 5-Achsen-Fräsen für jedes einzelne Projekt entscheidet. Klingt nicht effektiv, oder?
Genau aus diesem Grund ist es wichtig, die Hauptunterschiede zwischen der 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-Bearbeitung zu verstehen. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass für ein bestimmtes Projekt der beste Maschinentyp ausgewählt wird, ohne Kompromisse bei den wesentlichen Qualitätsparametern einzugehen.
Hier sind die 5 Hauptunterschiede zwischen den Arten der CNC-Bearbeitung.
Funktionsprinzip
Das Funktionsprinzip aller CNC-Bearbeitungen ist das gleiche. Das von einem Computer gesteuerte Schneidwerkzeug dreht sich um das Werkstück, um Material abzutragen. Darüber hinaus verwenden alle CNC-Maschinen entweder M-Codes oder G-Codes, um die Bewegung des Werkzeugs relativ zum Werkstück zu entschlüsseln.
Der Unterschied liegt in der zusätzlichen Möglichkeit, sich um verschiedene Ebenen zu drehen. Sowohl das 4-Achsen- als auch das 5-Achsen-CNC-Fräsen ermöglichen die Drehung um verschiedene Koordinaten, und diese Qualität führt dazu, dass komplexere Formen relativ einfach erstellt werden können.
Präzision und Genauigkeit
Die CNC-Bearbeitung ist für ihre Genauigkeit und geringen Toleranzen bekannt. Allerdings hat die Art der CNC Einfluss auf die Endtoleranzen des Produkts. 3-Achsen-CNC ist zwar sehr genau, weist jedoch aufgrund der konsequenten Neupositionierung des Werkstücks ein höheres Risiko für zufällige Fehler auf. Bei den meisten Anwendungen ist diese Fehlerquote vernachlässigbar. Bei sensiblen Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Automobilbereich kann jedoch bereits die kleinste Abweichung zu Problemen führen.
Sowohl bei der 4-Achsen- als auch bei der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung besteht dieses Problem nicht, da keine Neupositionierung erforderlich ist. Sie ermöglichen das Schneiden auf mehreren Ebenen mit einer einzigen Vorrichtung. Darüber hinaus ist zu beachten, dass dies auch die einzige Ursache für Qualitätsunterschiede bei der 3-Achsen-Bearbeitung ist. Ansonsten bleibt die Gesamtqualität hinsichtlich Präzision und Genauigkeit gleich.
Anwendungen
Die Unterschiede in der Art der CNC sind nicht auf eine branchenweite Anwendung zurückzuführen, sondern auf die Art des Produkts. Der Unterschied zwischen 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-Fräsprodukten basiert beispielsweise auf der Gesamtkomplexität des Designs und nicht auf der Branche selbst.
Ein einfaches Teil für den Luft- und Raumfahrtsektor kann auf einer 3-Achsen-Maschine entwickelt werden, während etwas Komplexes für jeden anderen Sektor möglicherweise den Einsatz einer 4-Achsen- oder 5-Achsen-Maschine erfordert.
Kosten
Die Kosten gehören zu den Hauptunterschieden zwischen 3-, 4- und 5-Achsen-CNC-Fräsen. 3-Achs-Maschinen sind naturgemäß wirtschaftlicher in der Anschaffung und im Unterhalt. Allerdings hängen die Kosten ihrer Nutzung von Faktoren wie der Ausstattung und der Verfügbarkeit der Bediener ab. Während der Aufwand für das Bedienpersonal bei 4- und 5-Achs-Maschinen gleich bleibt, machen die Vorrichtungen immer noch einen erheblichen Teil der Kosten aus.
Andererseits sind die 4- und 5-Achsen-Bearbeitung technologisch fortschrittlicher und verfügen über bessere Eigenschaften. Daher sind sie natürlich teuer. Sie bieten jedoch viele Möglichkeiten und sind in vielen Einzelfällen eine praktikable Wahl. Eines davon wurde bereits zuvor besprochen: Für eine theoretisch mögliche Konstruktion mit einer 3-Achsen-Maschine wären viele kundenspezifische Vorrichtungen erforderlich. Dadurch steigen die Gesamtkosten und die 4-Achsen- oder 5-Achsen-Bearbeitung wird zu einer praktikableren Option.
Vorlaufzeit
Wenn es um die Gesamtdurchlaufzeiten geht, liefern kontinuierliche 5-Achsen-Maschinen die besten Gesamtergebnisse. Da es keine Unterbrechungen gibt und die Bearbeitung in nur einem Schritt erfolgt, können sie selbst die komplexesten Formen in kürzester Zeit bearbeiten.
Danach kommen kontinuierliche 4-Achsen-Maschinen, da sie eine Drehung in einer Achse ermöglichen und nur ebene Winkelmerkmale in einem Durchgang bearbeiten können.
Schließlich haben 3-Achsen-CNC-Maschinen die längste Vorlaufzeit, da das Schneiden in Etappen erfolgt. Darüber hinaus bedeuten die Einschränkungen von 3-Achsen-Maschinen, dass das Werkstück häufig neu positioniert werden muss, was zu einer Verlängerung der Gesamtdurchlaufzeiten für jedes Projekt führen würde.
3-Achsen- vs. 4-Achsen- vs. 5-Achsen-Fräsen, was ist besser?
In der Fertigung gibt es weder eine absolut bessere Methode noch eine Einheitslösung. Die richtige Wahl hängt von den Feinheiten des Projekts, dem Gesamtbudget, der Zeit und den Qualitätsanforderungen ab.
3-Achsen vs. 4-Achsen vs. 5-Achsen, alle haben ihre Vor- und Nachteile. Natürlich können mit der 5-Achsen-Maschine komplexere 3D-Geometrien erstellt werden, während mit der 3-Achsen-Maschine einfachere Teile schnell und konsistent hergestellt werden können.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es keine Antwort auf die Frage gibt, welches die bessere Wahl ist. Jede Bearbeitungsmethode, die das perfekte Gleichgewicht zwischen Kosten, Zeit und Ergebnissen liefert, wäre eine ideale Wahl für ein bestimmtes Projekt.
Lesen Sie mehr: CNC-Fräsen vs. CNC-Drehen: Welche Wahl ist die richtige?
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Abschluss
Alle 3-, 4- und 5-Achsen-CNCs sind unterschiedlich und jeder Typ hat seine Stärken oder Schwächen. Die richtige Wahl hängt jedoch von den individuellen Anforderungen eines Projekts und seinen Anforderungen ab. Bei der Fertigung gibt es keine richtige Wahl. Der richtige Ansatz besteht darin, die optimale Kombination aus Qualität, Kosten und Zeit zu finden. Etwas, das alle drei CNC-Typen je nach den Anforderungen eines bestimmten Projekts leisten können.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 29. November 2023