Einführung
Die CNC-Bearbeitungsindustrie führt ständig Innovationen durch, um die funktionalen Lücken zu füllen, die eine Maschine hinterlässt. Dabei schafft sie Maschinen, die sich voneinander unterscheiden.
Eine beliebte Innovation bei der Bearbeitung ist die Hinzufügung von Schneidbewegungen. Je mehr Bewegungen eine Maschine hat, desto leistungsfähiger und vielseitiger ist sie, was sich in ihrer "Achse" ausdrückt.
Im Folgenden vergleichen wir den Unterschied zwischen einer 3-Achsen- und einer 5-Achsen-CNC-Maschine. Wir erläutern ihre Vor- und Nachteile und wie sie sich in verschiedenen Aspekten unterscheiden.
Was bedeutet "Achse"?
Bevor wir Ihnen die vorgestellten Werkzeugmaschinen erklären, sollten Sie zunächst erfahren, was der Begriff "Achse" bedeutet. Schließlich fragen Sie sich wahrscheinlich auch: "Was ist eine Achse in einer CNC-Maschine?"
Wie in den meisten Anwendungen steht das Wort "Achse" für die Richtung. Bei der CNC-Bearbeitung drückt der Begriff "Achse" die Anzahl der Bewegungen oder Richtungen aus, in die sich das Schneidwerkzeug oder das Werkstück bewegen kann. Oft hat eine Werkzeugmaschine mindestens drei lineare Achsen, die als XYZ-Achsen bezeichnet werden.
Die X-Achse bezieht sich auf die lineare Bewegung des Schneidwerkzeugs von rechts nach links oder umgekehrt. Die Y-Achse drückt die Bewegung von vorne nach hinten aus, während die Z-Achse die Bewegung von oben nach unten bezeichnet. Bei einer 3-Achsen-Maschine steht das Werkstück oft still, während sich das Schneidwerkzeug bewegt.
Neben diesen linearen Achsen verfügen einige Maschinen jedoch auch über Drehachsen, die als ABC bezeichnet werden. Die vierte Achse (A-Achse) ergänzt die Rotationsbewegung um die X-Achse. Gleichzeitig ergänzt die B-Achse die Rotation um die Y-Achse.
Das Hinzufügen von Drehachsen sorgt für einen schnelleren und präziseren Schneidprozess. Durch die zusätzliche Bewegung kann das Schneidwerkzeug an mehr Seiten und Winkeln arbeiten. Dies verleiht der Maschine mehr Flexibilität und zusätzliche Möglichkeiten.
3-Achsen-Bearbeitung
Eine 3-Achsen-CNC-Maschine ist ein Standardwerkzeug, das bei einfachen Fertigungsprojekten eingesetzt wird. Sie verfügt über ein Werkzeug, das sich entlang der XY- und Z-Achse bewegen kann, um Tiefenschnitte durchzuführen. Andere 3-Achsen-CNC-Maschinen haben einen beweglichen Tisch, um die Bewegung von oben nach unten zu ermöglichen, während der Fräser speziell auf die XY-Achsen ausgerichtet ist.
Diese Werkzeuge bewegen sich in linearen Richtungen und sind auf nicht-komplexe Aufgaben beschränkt. Dreiachsige Maschinen sind ideal für die Herstellung von 2D- oder 2,5D-Objekten, aber selten für komplexe 3D-Konstruktionen. Die Geometrien sollten minimal sein, wenn sie für die 3D-Fertigung geeignet sein sollen.
Dreiachsige CNC-Maschinen eignen sich am besten für grundlegende Funktionen wie Schneiden von Kanten, Bohren von Löchern oder Gewindeschneiden. Ihre begrenzte Bewegung bedeutet auch eine begrenzte Kapazität und Fertigungskapazität.
Hier sind die gängigsten Typen von 3-Achsen-CNC-Maschinen auf dem Markt:
- CNC-Fräsmaschinen
- CNC-Drehmaschinen
- CNC-Bohrmaschinen
5-Achsen-Bearbeitung
Eine 5-Achsen-CNC-Maschine arbeitet mit "XYZ plus AB"-Achsen. Zu den Standard-Linearbewegungen kommen zwei Drehbewegungen hinzu. Dadurch kann die Maschine komplexe und komplizierte Formen an einem Objekt bearbeiten.
Die zusätzlichen Bewegungen hängen von der Art des 5-Achsen-Bearbeitungswerkzeugs ab. Sie können eine 5-Achsen-CNC-Maschine haben, deren Schneidwerkzeug sich nur in den XYZ-Achsen bewegt, aber einen schwenkbaren Werkzeugkopf und Tisch zwischen den Operationen hat. Es gibt auch Maschinen, bei denen sich das Werkstück und der Fräser während des Vorgangs gleichzeitig drehen können. Ein anderer Typ verwendet eine Spindel, die entweder feststeht oder in die meisten Richtungen schwenkbar ist.
Die zwei zusätzlichen Achsen ermöglichen noch präzisere und vielseitigere Möglichkeiten. Mit einer 5-Achsen-Maschine können Sie komplexe 3D-Werkstücke mit noch glatterer Oberfläche herstellen.
Kontinuierliches Fräsen ist ebenfalls möglich, da die Fräser den Krümmungen der Konstruktion folgen können. Sie können sich einer Konstruktion in jedem Winkel nähern und müssen die Werkstücke nicht neu positionieren. Selbst ein komplexes 3D-Werkstück kann in einem einzigen Arbeitsgang fertiggestellt werden.
Zu den gängigen 5-Achsen-Maschinen gehören:
- CNC-Fräsen
- Kontinuierliche 5-Achsen-CNC-Maschine
- 5-Achsen-CNC-Fräsen
3-Achsen-Maschine vs. 5-Achsen-Maschine
Der Unterschied in der Anzahl der Achsen bei diesen Maschinen scheint marginal zu sein. Doch dieser einfache Unterschied trennt die beiden in vielen vergleichbaren Aspekten. Schauen wir uns an, wie die 3-Achsen-Maschinen im Vergleich zu den 5-Achsen-Maschinen unten stehen.
1. Anmeldung
Die 3-Achsen-CNC-Maschinen sind im Vergleich zur 5-Achsen-Variante unbestreitbar begrenzt. Dies beschränkt erstere auf die Arbeit an einfachen Designs, die keine zusätzlichen Konturen oder Winkel benötigen. Häufig werden 3-Achsen-Maschinen für die Herstellung einfacher Teile auf der Grundlage flacher Objekte eingesetzt. Sie sind ideal für einfache Aufgaben wie das Bohren von Löchern oder das Schneiden von Kanten. 3-Achs-Maschinen werden häufig für die Herstellung von Teilen für die Automobilindustrie, die Elektronik und die Fertigung eingesetzt.
Im Vergleich dazu stellen 5-Achsen-Maschinen präzise Teile für die Medizintechnik oder die Luft- und Raumfahrt her. Diese Maschinen bieten eine glattere Oberfläche und ein genaueres Ergebnis. Diese Maschinen eignen sich für komplizierte Geometrien und strenge Details.
2. Produktionsgeschwindigkeit
In dieser Kategorie hat die 5-Achsen-Maschine gegenüber der 3-Achsen-Maschine die Nase vorn. Die begrenzte XYZ-Bewegung bei der 3-Achsen-Maschine führt zu einer langsameren Durchlaufzeit bei der Fertigung. Dadurch ist nicht nur die Geschwindigkeit begrenzt, sondern es ist auch ein Werkzeugwechsel zwischen den Arbeitsgängen erforderlich. Außerdem müssen Sie das Werkstück manuell neu positionieren, da der Tisch nicht schwenkbar ist.
All diese Diskrepanzen stellen bei 5-Achsen-Maschinen keine Herausforderung dar. Die zusätzliche Bewegung erhöht nicht nur die Geschwindigkeit, sondern macht auch den Werkzeugwechsel überflüssig. Sie können das Werkstück einlegen und die Maschine den größten Teil der Arbeit automatisieren lassen.
3. Wartung
In der Zerspanungstechnik gilt die Faustregel: Je komplexer die Maschine ist, desto schwieriger ist sie zu warten. Die Wartung von 3-Achsen-Maschinen ist weniger anspruchsvoll, da es sich um einfachere Werkzeuge handelt. Mit weniger beweglichen Teilen und einer kleineren Bauweise braucht die 3-Achsen-Maschine keine zusätzlichen Maßnahmen, um tipptopp zu bleiben.
Im Gegensatz dazu erfordert die 5-Achsen-Maschine spezifischere Wartungsmaßnahmen. Der höhere Wartungsaufwand ergibt sich aus den zusätzlichen beweglichen Teilen und einer komplexen Struktur. Aufgrund der mehr Bewegungen während des Betriebs sind die Teile anfälliger für Verschleiß.
4. Wirkungsgrad
Beide Maschinen sind zweifellos effiziente Geräte. Sie funktionieren effizient für ihre jeweiligen Anwendungen. Aber 5-Achsen-Maschinen haben eine größere Flexibilität in der Funktion. Sie können mehr als die Grundfunktionen einer 3-Achsen-Maschine mit besserer Qualität ausführen.
Die 5-Achsen-Maschinenbedienung spart auch Zeit, da weniger manuelle Eingriffe erforderlich sind. Durch die integrierten Bewegungen wird der Werkzeugwechsel reduziert. Sie können ein Werkstück in einem einzigen Arbeitsgang fertigstellen, ohne die Werkzeuge oder das Objekt umpositionieren zu müssen.
5. Kosten
Ein weiterer Faktor, der einen erheblichen Unterschied zwischen den beiden verursacht, sind die Gesamtkosten. Vom Kauf über die Programmierung bis hin zum Betrieb sind die Kosten ein großer Unterschied.
Eine Standard-3-Achsen-CNC-Maschine kann etwa US$25.000 zu US$50.000je nach Typ und Marke. Dies ist der durchschnittliche Anschaffungspreis solcher Maschinen, der die Kosten für die Programmierung enthalten kann, aber nicht muss.
Für den Kauf einer 5-Achsen-CNC-Maschine sind mindestens $80.000 US-Dollar erforderlich. Größere Maschinen und bekanntere Marken können über $500.000 US-Dollar kosten.
Neben den Kosten für die Ersteinrichtung fallen auch Kosten für die Programmierung und den Betrieb an. CNC-Maschinen verbrauchen eine Menge Strom. Eine 20-PS-CNC-Maschine mit einer Nennleistung von 7 kW/Std. kann Sie teuer zu stehen kommen. $1,400 monatliche Stromrechnung.
Die meisten Maschinen enthalten ein Standardwerkzeugpaket. Wenn Sie spezielleres Werkzeug benötigen, das nicht im Paket enthalten ist, fallen zusätzliche Kosten an. Schließlich müssen auch die Wartungskosten berücksichtigt werden. Letztendlich kosten 5-Achsen-CNC-Maschinen einen deutlich höheren Betrag.
6. Handhabung
Die betrieblichen Anforderungen an eine 3-Achsen-CNC-Maschine sind geringer als die einer 5-Achsen-CNC-Maschine. Dies ist auf die Komplexität des Betriebs der beiden zurückzuführen.
Da die 5-Achsen komplexer sind, sind für ihre Programmierung und Bedienung spezielle Schulungen und Fachkenntnisse erforderlich. Mehr bewegliche Teile bedeuten auch eine kritische Überwachung während des Betriebs. Da die 3-Achsen-Maschine weniger komplex ist, ist sie einfacher zu bedienen. Auch die Behebung von Betriebsfehlern ist bei 5-Achsen-Maschinen kritischer und schwieriger.
Schlussfolgerung
Zwischen der Funktionsweise einer 3-Achsen-CNC-Maschine und der einer 5-Achsen-Maschine besteht ein großer Unterschied. Unter anderem haben beide ihre eigenen Angebote, die für unterschiedliche Anwendungen geeignet sind.
Wenn Sie sich für eine der beiden Maschinen entscheiden, muss der Anwendungsbereich der wichtigste Faktor sein. Wenn Sie einfache Teile herstellen müssen, ist eine 3-Achsen-Maschine das Richtige für Sie. Sie hat zwar nicht die Flexibilität einer 5-Achsen-Maschine, ist aber für eine solche Anwendung geeignet.
Entscheiden Sie sich nur dann für eine 5-Achsen-Maschine, wenn Sie kompliziertere Teile herstellen wollen, die eine 3-Achsen-Maschine nicht bearbeiten kann. Um die am besten geeignete Maschine zu finden, ist es auch wichtig, den Umfang Ihrer Produktionsanforderungen zu kennen.