3-Achsen- vs. 4-Achsen- vs. 5-Achsen-CNC-Bearbeitung: Welches ist das Richtige für Ihr Teil?

Die Wahl zwischen 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung kann sich direkt auf die Teilekomplexität, die Einrichtungsanforderungen, die Bearbeitungseffizienz, die Oberflächenqualität, die Durchlaufzeit und die Gesamtkosten auswirken.

Doch mehr Achsen bedeuten nicht automatisch eine bessere Bearbeitung.

Für relativ einfache Halterungen, Gehäuse, Platten oder Vorrichtungen kann die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung die effizienteste und wirtschaftlichste Lösung sein. Bei Teilen, die eine Bearbeitung an mehreren Seiten oder zylindrischen Merkmalen erfordern, kann die 4-Achsen-Bearbeitung die Neupositionierung reduzieren und die Produktion vereinfachen. Bei hochkomplexen Bauteilen mit abgewinkelten Oberflächen, zusammengesetzten Kurven, tiefen Hohlräumen oder kritischen Beziehungen zwischen mehreren Merkmalen kann die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung erhebliche Vorteile bieten.

Dieser Leitfaden vergleicht 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung und erklärt, wie Sie die richtige Bearbeitungsmethode basierend auf Ihrer Teilegeometrie, Ihren Toleranzanforderungen, Ihrem Produktionsvolumen, Ihrer Oberflächenbeschaffenheit und Ihrem Budget auswählen.

Schneller Vergleich: 3-Achsen- vs. 4-Achsen- vs. 5-Achsen-CNC-Bearbeitung

Der Hauptunterschied zwischen der 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung besteht darin, in wie viele Richtungen sich das Schneidwerkzeug oder Werkstück während der Bearbeitung bewegen oder drehen kann.

Eine 3-Achsen-Maschine arbeitet entlang der X-, Y- und Z-Linearachsen. Eine 4-Achsen-Maschine verfügt über eine Drehachse, während eine 5-Achsen-Maschine über zwei Drehachsen verfügt, sodass sich das Schneidwerkzeug aus mehreren Richtungen dem Werkstück nähern kann.

In einfachen Worten:

• Wählen Sie die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung, wenn die Geometrie Ihres Teils relativ einfach ist und die meisten Merkmale aus wenigen Ausrichtungen erreicht werden können.

• Wählen Sie die 4-Achsen-CNC-Bearbeitung, wenn Ihr Teil eine Bearbeitung an mehreren Seiten erfordert oder Rotationsfunktionen enthält.

• Entscheiden Sie sich für die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung, wenn komplexe Geometrie, Winkelmerkmale, mehrere Bearbeitungsrichtungen oder einrichtungsbedingte Genauigkeit die herkömmliche Bearbeitung ineffizient machen.

Der richtige Prozess ist in der Regel die einfachste Bearbeitungsmethode, mit der die erforderliche Geometrie, Toleranz, Oberflächenqualität und Produktionseffizienz zuverlässig erreicht werden können.

Wie sich CNC-Bearbeitungsachsen auf die Teilefertigung auswirken

Wenn Sie CNC-Achsen verstehen, können Sie leichter erkennen, warum unterschiedliche Maschinen für unterschiedliche Teiletypen geeignet sind.

Die drei grundlegenden Linearachsen sind:

• X-Achse: Bewegung von links nach rechts

• Y-Achse: Bewegung von vorne nach hinten

• Z-Achse: Auf- und Abbewegung

Diese drei Bewegungen bilden die Grundlage des herkömmlichen 3-Achsen-CNC-Fräsens.

Mehrachsmaschinen führen Rotationsbewegungen um eine oder mehrere dieser Linearachsen ein. Abhängig von der Maschinenkonfiguration werden die Drehachsen üblicherweise als A, B und C bezeichnet.

Durch das Hinzufügen einer Drehbewegung kann das Schneidwerkzeug auf Oberflächen zugreifen, für die der Bediener andernfalls die Bearbeitung unterbrechen, das Werkstück entfernen oder neu positionieren, eine neue Einrichtung einrichten und mit der Bearbeitung fortfahren müsste.

Dies ist einer der wichtigsten Vorteile der mehrachsigen CNC-Bearbeitung.

Die Reduzierung wiederholter Rüstvorgänge kann die Bearbeitungszeit verkürzen und, was bei komplexen Präzisionsteilen noch wichtiger ist, Fehler reduzieren, die entstehen, wenn ein Werkstück zwischen Arbeitsgängen neu positioniert wird. Sowohl Haas als auch Autodesk sehen in der Rüstreduzierung einen großen Vorteil der Mehr- und 5-Achsen-Bearbeitung.

Zusätzliche Achsen bedeuten jedoch auch anspruchsvollere Maschinen, Programmierung, Werkzeugstrategien und Prozessplanung.

Deshalb ist eine 5-Achs-Maschine nicht automatisch für jedes Teil die kostengünstigste Wahl.

Verständnis der 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung

Was ist 3-Achsen-CNC-Bearbeitung?

Bei der 3-Achsen-CNC-Bearbeitung werden Bewegungen entlang der X-, Y- und Z-Achse verwendet, um Material von einem stationären Werkstück zu entfernen.

Es handelt sich um eine der am weitesten verbreiteten CNC-Fräsmethoden und ist äußerst effektiv für Teile mit zugänglichen Oberseitenmerkmalen, Taschen, Löchern, Schlitzen, flachen Oberflächen, Konturen und relativ einfachen Geometrien.

Typische 3-Achsen-CNC-bearbeitete Teile sind:

• Klammern

• Teller

• Vorrichtungen

• Gehäuse

• Gehäuse

• Montagekomponenten

• Einfache Formen

• Mechanische Blöcke

Der Hauptvorteil der 3-Achsen-Bearbeitung ist die Effizienz.

Für Teile, die keine umfangreiche Mehrseitenbearbeitung oder komplexe Werkzeugausrichtungen erfordern, können 3-Achsen-Maschinen kürzere Programmierzeiten, einfachere Vorrichtungen und wettbewerbsfähige Bearbeitungskosten bieten.

Die Einschränkung tritt auf, wenn sich Merkmale auf mehreren Seiten oder in schwierigen Winkeln befinden. Das Teil muss möglicherweise manuell neu positioniert und in mehreren Aufspannungen bearbeitet werden.

Das bedeutet nicht, dass die 3-Achsen-Bearbeitung keine Präzisionsteile herstellen kann. Die Präzision hängt von der Maschine, der Prozesssteuerung, den Werkzeugen, der Werkstückhalterung, der Inspektion, der Geometrie und den erforderlichen Toleranzen ab – nicht nur von der Anzahl der Achsen.

Was ist 4-Achsen-CNC-Bearbeitung?

Die 4-Achsen-CNC-Bearbeitung fügt den herkömmlichen X-, Y- und Z-Linearachsen eine Rotationsachse hinzu.

Durch diese Drehbewegung kann das Werkstück indexiert oder gedreht werden, sodass zusätzliche Flächen bearbeitet werden können, ohne das Teil wiederholt entfernen und manuell neu positionieren zu müssen.

Autodesk weist darauf hin, dass die 4-Achsen-Bearbeitung besonders nützlich für nahezu zylindrische Teile, Rotationsmerkmale und den Zugriff auf mehrere Seiten eines Werkstücks ist.

Zu den typischen 4-Achsen-Anwendungen gehören:

• Wellen

• Zylindrische Gehäuse

• Ventilkomponenten

• Teile mit radialen Löchern

• Komponenten mit Features auf mehreren Seiten

• Drehvorrichtungen

• Komplexe Klammern

• Mehrseitige mechanische Teile

Für die 4-Achs-Bearbeitung gibt es unterschiedliche Ansätze.

Bei der indexierten oder 3+1-Bearbeitung positioniert die Drehachse das Werkstück in einem bestimmten Winkel und arretiert es, während das herkömmliche 3-Achsen-Schneiden erfolgt.

Bei der simultanen 4-Achsen-Bearbeitung kann sich die Drehachse während des Schneidens bewegen.

Für viele mehrseitige Teile bietet die 4-Achsen-Bearbeitung einen nützlichen Mittelweg zwischen der herkömmlichen 3-Achsen- und der anspruchsvolleren 5-Achsen-Bearbeitung.

Was ist 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?

Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung kombiniert drei Linearachsen mit zwei Rotationsachsen.

Dadurch kann das Werkzeug oder Werkstück so ausgerichtet werden, dass schwierige Oberflächen, abgewinkelte Merkmale, tiefe Bereiche und komplexe Geometrien mit weniger Einstellungen erreicht werden können.

Zwei gängige Ansätze sind:

3+2-Positionsbearbeitung:
Die Drehachsen positionieren das Werkstück oder Werkzeug in einem vorgegebenen Winkel, arretieren es und dann erfolgt die 3-Achsen-Bearbeitung.

Simultane 5-Achsen-Bearbeitung:
Alle fünf gesteuerten Achsen können sich während des Schneidens gemeinsam bewegen, sodass das Werkzeug komplexen Oberflächen folgen und kontinuierlich eine geeignete Ausrichtung beibehalten kann.

Autodesk beschreibt die simultane 5-Achsen-Bearbeitung als besonders geeignet für komplexe Geometrien, während die 3+2-Bearbeitung für abgewinkelte Löcher und mehrseitige Features mit weniger Aufspannungen nützlich ist.

Zu den typischen 5-Achsen-CNC-bearbeiteten Komponenten gehören:

• Strukturkomponenten für die Luft- und Raumfahrt

• Laufräder

• Turbinenbezogene Komponenten

• Medizinische Instrumente

• Komplexe Robotikkomponenten

• Präzisionsformen

• Teile mit zusammengesetzten Winkeln

• Bauteile mit tiefen Hohlräumen

• Komplexe Prototypen

Sein größter Vorteil besteht nicht einfach darin, „mehr Achsen“ zu haben.

Der eigentliche Vorteil besteht in der Möglichkeit, komplexe Features mit weniger Neupositionierungsvorgängen herzustellen und gleichzeitig konsistentere Beziehungen zwischen Features aufrechtzuerhalten.

3-Achsen- vs. 4-Achsen- vs. 5-Achsen-CNC-Bearbeitung: Hauptunterschiede

Teilegeometrie und Komplexität

Bei der Auswahl einer CNC-Bearbeitungsmethode sollte in der Regel die Teilegeometrie eine der ersten Überlegungen sein.

3-Achsen

Am besten geeignet für relativ einfache oder mäßig komplexe Geometrien, bei denen die meisten Bearbeitungsmerkmale aus einfachen Ausrichtungen erreicht werden können.

Beispiele hierfür sind:

• Flache Oberflächen

• Taschen

• Spielautomaten

• Vertikale Löcher

• Grundkonturen

• Einfache Gehäuse

4-Achsen

Besser geeignet, wenn Merkmale um den Umfang eines Teils oder über mehrere Seiten hinweg bearbeitet werden müssen.

Beispiele hierfür sind:

• Radiale Löcher

• Zylindrische Merkmale

• Mehrere Seitenflächen

• Rotationsmuster

5-Achsen

Erweist sich normalerweise als nützlich, wenn die Geometrie mehrere Annäherungswinkel des Werkzeugs erfordert, für die andernfalls viele separate Einstellungen erforderlich wären.

Beispiele hierfür sind:

• Verbundflächen

• Winkellöcher

• Tiefe Hohlräume

• Geformte Oberflächen

• Mehrere sich überschneidende Winkelmerkmale

• Komplexe Luft- und Raumfahrt- oder Medizingeometrien

Eine nützliche Regel ist:

Je schwieriger die Funktionen aus einer festen Werkzeugrichtung zugänglich sind, desto wertvoller wird die Mehrachsenbearbeitung.

Anzahl der Setups

Die Rüstreduzierung ist einer der größten praktischen Unterschiede zwischen der 3-Achsen- und der Mehrachsen-CNC-Bearbeitung.

Stellen Sie sich ein Bauteil vor, das eine Bearbeitung auf fünf verschiedenen Flächen erfordert.

Bei der herkömmlichen 3-Achsen-Bearbeitung muss der Bediener möglicherweise Folgendes tun:

1. Bearbeiten Sie die erste Ausrichtung

2. Stoppen Sie die Maschine

3. Entfernen Sie das Teil oder positionieren Sie es neu

4. Legen Sie einen anderen Bezugspunkt oder eine andere Spannposition fest

5. Bearbeiten Sie die nächste Ausrichtung

6. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis alle Funktionen vollständig sind

Jede zusätzliche Einrichtung erhöht die Bearbeitungszeit und schafft weitere Möglichkeiten für Positionierungsvariationen.

Bei der 4-Achsen- oder 5-Achsen-Bearbeitung können mehr Oberflächen erreicht werden, während das Teil in der gleichen Werkstückhalteanordnung bleibt.

Bei komplexen Teilen kann dies dazu beitragen, die Konsistenz von Merkmal zu Merkmal zu verbessern und gleichzeitig Rüstvorgänge und Produktionsabläufe zu reduzieren.

Bei einfachen Teilen kann die Reduzierung des Rüstaufwands jedoch nur geringe wirtschaftliche Vorteile bringen.

Genauigkeits- und Toleranzkontrolle

Ein häufiges Missverständnis ist:

„5-Achsen-CNC-Bearbeitung ist immer genauer als 3-Achsen-Bearbeitung.“

Das stimmt nicht unbedingt.

Mit einem gut kontrollierten 3-Achsen-CNC-Bearbeitungsprozess können hochpräzise Teile hergestellt werden.

Der wahre Vorteil der Mehrachsenbearbeitung wird deutlicher, wenn für ein komplexes Teil ansonsten mehrere unabhängige Aufspannungen erforderlich wären.

Jedes Mal, wenn das Teil neu positioniert wird, können kleine Abweichungen bei Positionierung, Klemmung, Bezugspunktfestlegung oder Einspannbedingungen die Beziehung zwischen Merkmalen beeinflussen.

Durch die Bearbeitung mehrerer Merkmale in einer Aufspannung kann die 5-Achsen-Bearbeitung dazu beitragen, einrichtungsbedingte Positionsabweichungen zu reduzieren.

Daher:

• Einfaches Präzisionsteil: 3-Achsen können völlig ausreichend sein.

• Mehrseitiges Präzisionsteil: 4-Achsen können die Effizienz und Konsistenz verbessern.

• Komplexes Mehrwinkel-Präzisionsteil: 5-Achsen können erhebliche Einrichtungs- und Positionsvorteile bieten.

Der erforderliche Prozess sollte immer durch die tatsächlichen Zeichnungstoleranzen und die Geometrie bestimmt werden und nicht durch die Annahme, dass mehr Achsen automatisch eine höhere Qualität bedeuten.

Oberflächenbeschaffenheit

Die Werkzeugausrichtung kann auch die Oberflächengüte beeinflussen.

Bei relativ einfachen ebenen Flächen und Taschen kann die 3-Achsen-Bearbeitung hervorragende Ergebnisse erzielen.

Bei komplex gekrümmten oder steilen Oberflächen werden die Herausforderungen deutlicher, wenn eine feste Werkzeugausrichtung Folgendes erfordern kann:

• Längere Schneidwerkzeuge

• Kleinere Übergänge

• Mehrere Bearbeitungsrichtungen

• Zusätzliche Setups

• Mehr Sekundärpolieren

Durch die 5-Achsen-Bearbeitung kann das Werkzeug eine günstigere Ausrichtung auf komplexe Oberflächen beibehalten.

Dies kann den Einsatz kürzerer und steiferer Werkzeuge ermöglichen, zur Reduzierung von Vibrationen beitragen und die Oberflächenqualität bei schwierigen Geometrien verbessern. Als Vorteile der 5-Achsen-Bearbeitung für komplexe Komponenten nennt Autodesk insbesondere die Oberflächengüte und kürzere, steifere Werkzeuge.

Der Vorteil ist daher am deutlichsten bei komplexen Oberflächen , nicht unbedingt bei jedem CNC-bearbeiteten Teil.

Produktionseffizienz

Zur Bearbeitungseffizienz gehört mehr als nur die Schnittgeschwindigkeit.

Die gesamte Herstellungszeit kann Folgendes umfassen:

• CAM-Programmierung

• Werkzeugvorbereitung

• Vorrichtungsvorbereitung

• Maschineneinrichtung

• Schnittzeit

• Neupositionierung

• In-Prozess-Inspektion

• Endkontrolle

• Sekundäroperationen

Eine 3-Achsen-Maschine hat möglicherweise niedrigere Betriebskosten pro Stunde, aber die Herstellung eines komplizierten Teils, das sechs Aufspannungen erfordert, kann letztendlich länger dauern.

Eine 5-Achsen-Maschine hat möglicherweise einen höheren Stundensatz, aber wenn das gleiche Teil mit deutlich weniger Aufspannungen fertiggestellt werden kann, kann die Gesamteffizienz der Fertigung verbessert werden.

Aus diesem Grund sollte bei der Auswahl des CNC-Prozesses die Gesamtproduktionszeit und nicht nur die Maschinengeschwindigkeit berücksichtigt werden.

CNC-Bearbeitungskosten

Im Allgemeinen kann eine zunehmende Maschinenkomplexität zu höheren Bearbeitungskosten pro Stunde und höheren Programmieranforderungen führen.

Die CNC-Bearbeitungskosten werden jedoch von weit mehr als nur der Achsenanzahl beeinflusst.

Wichtige Kostenfaktoren sind:

• Teilegeometrie

• Material

• Toleranz

• Anzahl der Setups

• Komplexität der Programmierung

• Zykluszeit

• Schneidwerkzeuge

• Werkstückhalterung

• Oberflächenbeschaffenheit

• Inspektionsanforderungen

• Produktionsmenge

Bei einer einfachen Aluminiumhalterung bringt die Verwendung der 5-Achsen-Bearbeitung möglicherweise nur geringe finanzielle Vorteile.

Bei einer komplexen Luft- und Raumfahrtkomponente, die viele Winkelmerkmale erfordert, kann die 5-Achsen-Bearbeitung jedoch die Vorrichtungen, Einstellungen, die manuelle Handhabung und das Nacharbeitsrisiko so weit reduzieren, dass die höhere Maschinengeschwindigkeit ausgeglichen wird.

Die richtige Frage lautet daher nicht:

„Welche Maschine hat den niedrigsten Stundensatz?“

Es ist:

„Welche Bearbeitungsstrategie produziert das benötigte Teil am zuverlässigsten und zu den niedrigsten Gesamtherstellungskosten?“

Wann sollten Sie sich für die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung entscheiden?

Erwägen Sie die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung, wenn:

• Ihr Teil hat eine relativ einfache Geometrie

• Die meisten Funktionen sind aus einer oder mehreren Ausrichtungen zugänglich

• Funktionen erfordern keine kontinuierliche abgewinkelte Werkzeugbewegung

• Kosteneffizienz steht im Vordergrund

• Das Teil kann bei Bedarf leicht neu positioniert werden

• Produktionsmengen rechtfertigen eine einfache und wiederholbare Vorrichtung

Typische Teile sind:

• Montagehalterungen

• Teller

• Maschinenvorrichtungen

• Elektronikgehäuse

• Kühlkörper

• Abdeckungen

• Mechanische Blöcke

• Einfache Prototypen

Die 3-Achsen-Bearbeitung ist oft die beste Wahl, wenn zusätzliche Achsen die Maschinen- und Programmierkomplexität erhöhen würden, ohne dass genügend Setups reduziert werden, um die zusätzlichen Kosten zu rechtfertigen.

Wann ist die 4-Achsen-CNC-Bearbeitung die bessere Wahl?

Die 4-Achsen-CNC-Bearbeitung wird dann attraktiv, wenn ein Teil Zugriff von mehreren Seiten erfordert oder um eine Drehachse verteilte Merkmale aufweist.

Erwägen Sie die 4-Achsen-Bearbeitung, wenn:

• Um eine zylindrische Oberfläche herum entstehen Löcher oder Schlitze

• Mehrere Seiten erfordern eine Bearbeitung

• Eine manuelle Neupositionierung würde die Rüstzeit verlängern

• Rotationsmuster müssen wiederholt bearbeitet werden

• Die Ausrichtung von Merkmal zu Merkmal zwischen den Seiten ist wichtig

• Ein vollständiger 5-Achs-Prozess wäre unnötig

Typische Anwendungen sind:

• Wellen mit radialen Merkmalen

• Ventilkomponenten

• Zylindrische Gehäuse

• Mehrseitige Halterungen

• Rotierende Komponenten

• Vorrichtungen, die eine Bearbeitung auf mehreren Flächen erfordern

Für viele Komponenten bietet die 4-Achsen-CNC-Bearbeitung einen effektiven Kompromiss zwischen der Einfachheit der 3-Achsen-Bearbeitung und der Flexibilität der 5-Achsen-Bearbeitung.

Wann lohnt sich die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung mit zusätzlichen Kosten?

Die 5-Achsen-Bearbeitung ist am wertvollsten, wenn die Geometrie – und nicht nur der Wunsch nach „besserer Bearbeitung“ – zusätzlichen Werkzeugzugriff erfordert.

Erwägen Sie die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung, wenn Ihr Teil Folgendes umfasst:

• Mehrere abgewinkelte Oberflächen

• Zusammengesetzte Kurven

• Tiefe Hohlräume

• Merkmale bei schwierigen Ausrichtungen

• Komplexe Oberflächenübergänge

• Kritische Beziehungen zwischen Merkmalen auf verschiedenen Flächen

• Geometrie, die viele Einstellungen auf herkömmlichen Geräten erfordert

Es ist häufig für komplexe Luft- und Raumfahrt-, Medizin-, Automobil-, Robotik-, Formen- und Hochleistungsindustriekomponenten nützlich.

Haas weist darauf hin, dass die simultane 5-Achsen-Bearbeitung Arbeitsschritte und Rüstzeiten reduzieren und gleichzeitig die Konformität während des gesamten Produktionslaufs verbessern kann.

Allerdings sollte ein einfaches Teil nicht automatisch auf eine 5-Achs-Maschine verschoben werden.

Wenn eine 3-Achsen-Maschine das Bauteil mit ein oder zwei einfachen Aufspannungen zuverlässig fertigen kann, bleibt sie möglicherweise die wirtschaftlichere Wahl.

Die 5-Achsen-Bearbeitung ist die zusätzlichen Kosten wert, wenn ihre Fähigkeit, Setups zu reduzieren, den Zugang zu verbessern, Spannvorrichtungen zu vereinfachen oder komplexe Geometrien zu bearbeiten, mehr Wert schafft als die zusätzlichen Maschinen- und Programmierkosten.

So wählen Sie die richtige CNC-Bearbeitungsmethode für Ihr Teil aus

Die Wahl zwischen 3-Achsen-, 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung sollte mit Ihrer Zeichnung beginnen – nicht mit der Maschine.

Verwenden Sie den folgenden sechsstufigen Prozess.

Schritt 1 – Bewerten Sie die Teilegeometrie

Betrachten Sie zunächst die Gesamtform.

Fragen:

• Ist das Teil größtenteils prismatisch?

• Hat es mehrere bearbeitete Seiten?

• Gibt es gekrümmte oder geformte Oberflächen?

• Gibt es schräge Löcher?

• Gibt es tiefe Hohlräume?

• Gibt es Funktionen, die mit einem vertikalen Schneidwerkzeug schwer zu erreichen sind?

Eine einfache Geometrie begünstigt in der Regel die 3-Achsen-Bearbeitung.

Mehrseitige oder rotatorische Geometrie kann 4-Achsen begünstigen.

Eine komplexe Mehrwinkelgeometrie kann eine 5-Achsen-Anordnung rechtfertigen.

Schritt 2 – Identifizieren Sie die erforderlichen Bearbeitungsrichtungen

Überlegen Sie, in wie vielen Richtungen sich das Schneidwerkzeug dem Teil nähern muss.

Wenn nahezu alle Funktionen von oben zugänglich sind, können 3 Achsen ausreichend sein.

Wenn das Teil wiederholt an den Seiten zugänglich sein muss, kann die manuelle Neupositionierung durch die 4-Achsen-Funktion entfallen.

Wenn Merkmale aus vielen verschiedenen Winkeln erreicht werden müssen, wird die 5-Achsen-Methode immer nützlicher.

Schritt 3 – Überprüfen Sie die Toleranzanforderungen

Betrachten Sie nicht nur einzelne Maßtoleranzen.

Achten Sie besonders auf Beziehungen zwischen Funktionen, wie zum Beispiel:

• Position

• Konzentrizität

• Rechtwinkligkeit

• Winkelbeziehungen

• Datumsbeziehungen

Wenn auf mehreren verschiedenen Flächen streng kontrollierte Merkmale vorhanden sind, kann eine Reduzierung der Einstellungen dazu beitragen, ihre Positionsbeziehungen beizubehalten.

Dies ist einer der Gründe, warum die Mehrachsenbearbeitung für komplexe Präzisionsbauteile wertvoll sein kann.

Schritt 4 – Erwägen Sie eine Reduzierung des Setups

Schätzen Sie, wie viele Aufspannungen für jede Bearbeitungsstrategie erforderlich wären.

Zum Beispiel:

3-Achsen: 4–6 Setups
4-Achsen: 2–3 Setups
5-Achsen: möglicherweise 1–2 Setups

Diese Zahlen dienen nur zur Veranschaulichung – das tatsächliche Ergebnis hängt vollständig von der Teilegeometrie und der Maschinenkonfiguration ab.

Wenn bei der Umstellung auf die Mehrachsenbearbeitung mehrere komplizierte Vorrichtungen und Neupositionierungsvorgänge entfallen, kann dies die Fertigungseffizienz erheblich verbessern.

Schritt 5 – Vergleichen Sie Produktionsvolumen und Kosten

Bei einem einmaligen Prototyp können die Programmier- und Einrichtungskosten einen großen Prozentsatz der Gesamtkosten ausmachen.

Für die Wiederholungsproduktion werden Zykluszeit, Vorrichtungseffizienz, Automatisierung, Wiederholgenauigkeit und Prozessstabilität immer wichtiger.

Daher ist der beste Prozess für einen Prototyp möglicherweise nicht immer der beste Prozess für 10.000 Teile.

Die Produktionsstrategie sollte beides berücksichtigen:

Ersteinrichtungskosten und wiederholte Produktionseffizienz.

Schritt 6 – Überprüfen Sie die Anforderungen an die Oberflächenbeschaffenheit

Komplexe kosmetische Oberflächen können die Maschinenauswahl beeinflussen.

Wenn das Teil glatte Verbundkurven mit minimalen Übergangsspuren erfordert, kann ein mehrachsiger Werkzeugweg eine günstigere Werkzeugausrichtung und weniger Bearbeitungsübergänge ermöglichen.

Besteht das Bauteil überwiegend aus ebenen Funktionsflächen, kann eine konventionelle Bearbeitung völlig ausreichend sein.

Beispiele aus der Praxis der CNC-Bearbeitung

Die folgenden Beispiele veranschaulichen, wie die Teilegeometrie die Prozessauswahl beeinflussen kann.

Diese Empfehlungen sollten als Ausgangspunkte und nicht als feste Regeln betrachtet werden.

Für den gleichen Teiltyp kann je nach Abmessungen, Toleranz, Material, Menge, Zugänglichkeit der Merkmale und Prüfanforderungen eine andere Bearbeitungsstrategie erforderlich sein.

Häufige Fehler bei der Auswahl eines CNC-Bearbeitungsprozesses

Die Annahme, dass mehr Achsen immer eine bessere Qualität bedeuten

Eine 5-Achsen-Maschine ist flexibler, aber Flexibilität ist nicht dasselbe wie automatische Genauigkeit.

Für eine einfache Geometrie kann ein ordnungsgemäß gesteuerter 3-Achsen-Prozess alle Maß- und Oberflächenanforderungen erfüllen.

Wählen Sie zusätzliche Achsen, wenn diese einen messbaren Fertigungsvorteil bieten.

Wählen Sie die 5-Achsen-Bearbeitung für einfache Teile

Der Einsatz hochentwickelter Geräte für ein Bauteil, das effizient auf 3-Achsen-Geräten hergestellt werden kann, kann die Programmier- und Maschinenkosten unnötig erhöhen.

Das Ziel sollte immer die Prozesseffizienz sein – und nicht nur die Verwendung der modernsten verfügbaren Maschine.

Setup-bezogene Genauigkeit wird ignoriert

Ein komplexes Teil ist möglicherweise auf einer 3-Achsen-Maschine technisch möglich, erfordert jedoch mehrere Einstellungen.

Wenn Merkmale auf verschiedenen Flächen kritische Positionsbeziehungen aufweisen, kann eine wiederholte Neupositionierung die Prozesskontrolle erschweren.

In diesen Situationen kann die Mehrachsenbearbeitung einen größeren Mehrwert bieten.

Konzentrieren Sie sich nur auf den Maschinenstundensatz

Ein niedrigerer Maschinenstundensatz bedeutet nicht automatisch niedrigere Fertigteilkosten.

Vergleichen:

• Rüstzeit

• Anzahl der Vorrichtungen

• Zykluszeit

• Handhabung durch den Bediener

• Inspektion

• Werkzeuge

• Nacharbeitsrisiko

• Gesamtproduktionszeit

Die niedrigsten Gesamtprozesskosten sind wichtiger als die niedrigste Maschinenrate.

Ignorieren zukünftiger Produktionsanforderungen

Eine für fünf Prototypen optimierte Bearbeitungsstrategie ist möglicherweise nicht ideal für 5.000 Produktionsteile.

Wenn das Design in die Wiederholungsfertigung übergeht, sollten Sie die Skalierbarkeit bereits in der Prototypenphase berücksichtigen.

Dadurch kann der Übergang vom Prototyp zur Produktion wesentlich reibungsloser gestaltet werden.