Eine 5-Achsen-CNC-Maschine ist ein unglaubliches Werkzeug für komplexe Fertigungsanforderungen. Bei einer 5-Achsen-CNC-Maschine kann sich das Schneidewerkzeug entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegen, plus zwei Drehachsen, die gleichzeitig arbeiten. Es kann Werkstücke aus fast jeder Richtung schneiden.
Diese Maschinen verarbeiten komplizierte Designs mit engen Toleranzen. Deshalb werden sie in Branchen eingesetzt, in denen Detailgenauigkeit und Qualität entscheidend sind. Sie helfen den Herstellern, anspruchsvolle Normen zu erfüllen. Viele Branchen wie die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und die Medizintechnik verlassen sich bei der Herstellung von Turbinenschaufeln, Motorteilen und chirurgischen Instrumenten auf diese Maschinen. Dieser Artikel befasst sich eingehender mit diesem Werkzeug, also fangen wir an.
5-Achsen-CNC-Bearbeitung - Der Überblick
Die fünf Achsen
Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung nutzt fünf verschiedene Bewegungsrichtungen. Sie erzeugt komplexe Teile mit hoher Präzision. Dazu gehören drei geradlinige Bewegungen und zwei Rotationsbewegungen.
Lineare Achsen
Die drei linearen Achsen sind die Grundlage jeder CNC-Bearbeitung:
- X-Achse: Die Bewegungen nach links und rechts werden von der X-Achse gesteuert. Die horizontale Achse lässt das Schneidewerkzeug oder das Werkstück in einer Richtung von links nach rechts verfahren. Sie erzeugt eine Breite im bearbeiteten Teil. Die X-Achse ist notwendig, um horizontale Merkmale wie Schlitze und Taschen herzustellen.
Y-Achse: Sie steuert die Vorwärts-Rückwärts-Bewegung. Die Y-Achse steht senkrecht zur X-Achse, und zusammen bewirken sie einen zweidimensionalen Schnitt. Insbesondere ermöglicht diese Achse die Vorwärts- und Rückwärtsbewegung des Schneidkopfs. Sie bestimmt die Tiefe der Schnitte im Verhältnis zur Vorderseite der Maschine. Mit der Y-Achse können Sie Merkmale erzeugen, die sich über die Länge des Werkstücks erstrecken.
Z-Achse: Sie steuert die Bewegung entlang der vertikalen Achse, wodurch sich das Schneidwerkzeug nach oben und unten bewegen kann. Die vertikale Achse sorgt für die richtige Schnitttiefe im Material. Die Z-Achse macht unterschiedliche Höhen und Tiefen im Werkstück möglich.
Mit diesen Bewegungen kann das Schneidewerkzeug in jedem dreidimensionalen Raum platziert werden.
Rotationsachsen
Das Besondere an der 5-Achsen-Bearbeitung sind die zwei zusätzlichen Rotationsachsen. Diese Achsen ermöglichen es dem Werkstück, sich sowohl um die X- als auch um die Y-Achse zu drehen, was ihm außergewöhnliche Möglichkeiten zur Erstellung komplexer und komplizierter Designs verleiht.
- A-Achse: Drehung um die X-Achse. Diese Schwenkachse ermöglicht es dem Schneidwerkzeug, sich dem Werkstück in verschiedenen Winkeln zu nähern. Die Drehung um die A-Achse erfolgt in der Regel durch die Tischbewegung bei Maschinen mit Zapfen.
B-Achse: Drehung um die Y-Achse. Dadurch kann sich das Werkzeug oder Werkstück senkrecht zur Schnittrichtung drehen. Bei vielen Maschinen erfolgt die Drehung um die B-Achse durch das Schwenken des Spindelkopfes.
Manchmal gibt es auch eine C-Achse. Sie arbeitet mit einer Kombination aus der A- oder B-Achse. Die spezifische Kombination hängt von der Konstruktion der Maschine und ihrem Verwendungszweck ab.
Maschinenkonfigurationen
5-Achsen-Maschinen gibt es in verschiedenen Konfigurationen:
- Tabelle/Tisch: Das Werkstück dreht sich auf einem beweglichen Tisch, während sich das Schneidwerkzeug in geraden Linien bewegt
- Kopf/Kopf: Das Werkstück bleibt stehen, während sich das Schneidwerkzeug bewegt und dreht
- Kopf/Tisch: Ein Teil der Drehung erfolgt am Tisch, ein Teil am Schneidkopf
Durch die Zusammenarbeit dieser fünf Achsen können Hersteller komplexe Teile in einer einzigen Aufspannung herstellen, was die Produktionszeit verkürzt und die Genauigkeit erhöht.
Der Arbeitsprozess:
Die Arbeit beginnt, wenn die Ingenieure ein 3D-CAD-Modell entwerfen. Danach werden die Daten mit Hilfe von CAM-Software in G-Code für die Maschine übersetzt. Der Bediener positioniert das Material, fügt die Schneidwerkzeuge hinzu und stellt die Positionen der Maschinenachsen ein. Bei der Bearbeitung bewegt sich das Werkzeug auf den Achsen X/Y/Z, und gleichzeitig können zwei Rotationsachsen (A/B/C) das Werkstück kippen oder rotieren. Bei der indexierten Bearbeitung wird der Schnitt angehalten, während die Achse neu positioniert wird. Sie arbeitet ohne Unterbrechung und behält immer die Bewegung von fünf Achsen gleichzeitig bei. Die zweiachsige Rotation ermöglicht den Einsatz mehrerer Werkzeuge aus jedem Winkel. Außerdem ermöglicht sie die Herstellung detaillierter Formen in einer einzigen Aufspannung mit extremer Präzision.
Vorteile der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung
Leichtere Einrichtung
Die Maschinen können Teile aus verschiedenen Winkeln in derselben Einrichtung bearbeiten. Sie müssen das Werkstück nicht manuell nachjustieren. Da es weniger Arbeitsschritte gibt, sinkt die Fehlerwahrscheinlichkeit und die Genauigkeit der Abmessungen ist besser. Unternehmen haben festgestellt, dass sich die Rüstzeit bei der 5-Achsen-Bearbeitung im Vergleich zur 3-Achsen-Bearbeitung um bis zu 60% verringert.
Verbesserte Präzision und Genauigkeit
Diese Maschinen sind so präzise, dass die Toleranzen ±0,0002 Zoll erreichen. Sie können eine hohe Genauigkeit bei komplexen Objekten aufrechterhalten. Durch die kontinuierliche Bewegung des Werkstücks in alle Richtungen werden Fluchtungsfehler vermieden. Präzise Fertigung ist sehr wichtig für Teile, die in der Luft- und Raumfahrt und in der Medizin verwendet werden.
Erweiterte Geometrie-Funktionen
Diese Maschinen können Designs herstellen, die von Hand nur schwer oder gar nicht zu fertigen sind. Sie können problemlos mit Hinterschneidungen, gekrümmten Formen und schrägen Oberflächen arbeiten. Mit dieser Technologie können Sie alle Seiten eines Teils sehen, außer der Stelle, an der es eingespannt ist.
Bessere Oberflächenqualität
Im Vergleich zum 3-Achsen-Fräsen reduzieren die kürzeren Schneidwerkzeuge die Vibrationen um bis zu 50%. Wenn Ihre Werkzeuge senkrecht zu einer gekrümmten Oberfläche stehen, entstehen keine Stufenmarkierungen. So erhalten Sie bessere Oberflächen mit weniger Nachbearbeitungsaufwand.
Kosten der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung
Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung erfordert ein erhebliches finanzielles Engagement. Die Preise für Einsteiger- und Einstiegsmaschinen liegen zwischen $50.000 und $200.000. Fahrzeuge der mittleren Preisklasse sind zwischen $200.000 und $500.000 zu haben.
Die modernsten Systeme kosten manchmal mehr als eine Million Dollar. Abgesehen von den Kosten für die Maschine müssen die Unternehmen auch spezielle CAM-Software kaufen, die zwischen $15.000 und $40.000 kostet. Qualifizierte Bediener werden im Durchschnitt zwischen $60.000 und $90.000 pro Jahr bezahlt. Für die Wartung der Maschine müssen jedes Jahr 5-10% ihres Wertes ausgegeben werden. In vielen Einrichtungen müssen die Stromversorgung, die Kühlung und der Bodenbelag erneuert werden, um eine bessere Unterstützung zu gewährleisten. Auch die Anschaffung von Spezialwerkzeugen und Vorrichtungen erhöht die Kosten. Es kostet Zeit und Geld, Schulungsprogramme durchzuführen.
Diese Kosten wirken sich für die Hersteller in der Regel noch positiv aus. Der Preis für komplexe Teile ist in der Regel höher. Wenn weniger Zeit zum Einrichten und Arbeiten benötigt wird, steigt die Effizienz. Die Fähigkeit, Teile für die Luft- und Raumfahrt und die Medizintechnik zu bearbeiten, eröffnet Ihnen den Zugang zu den wichtigsten Märkten, wenn Sie Ihren Bearbeitungsprozess mit 5-Achsen-CNC-Maschinen aufwerten möchten. Wenden Sie sich noch heute an BROUI CNC und erhalten Sie die besten Preise für Ihr Unternehmen!
Vergleich von 5-Achs- mit 3-Achs- und 3+2-Bearbeitung
Die Kenntnis der Unterschiede zwischen 5-Achsen-, 3-Achsen- und 3+2-Bearbeitung ist notwendig, um sich für das beste CNC-Bearbeitungsverfahren zu entscheiden. Es gibt große Unterschiede zwischen den Bearbeitungstechnologien, die sich auf die Herstellung, die Kosten und die Art der Anwendungen auswirken, die sie bewältigen können.
| Merkmal | 3-Achsen-Bearbeitung | 3+2-Bearbeitung | 5-Achsen-Bearbeitung |
| Achsen | X, Y, Z (nur linear) | X, Y, Z plus zwei feste Rotationsachsen | X, Y, Z plus zwei kontinuierliche Rotationsachsen |
| Bewegung | Lineare Bewegung in drei Richtungen | Lineare Bewegung mit indexierter Drehung | Gleichzeitige Bewegung in allen fünf Achsen |
| Operation | Das Werkzeug bewegt sich in geraden Linien | Das Werkstück wird vor dem 3-Achsen-Schneiden in festen Winkeln positioniert | Das Werkzeug kann sich dem Werkstück aus jedem beliebigen Winkel kontinuierlich nähern |
| Setup-Anforderungen | Für komplexe Teile sind mehrere Aufbauten erforderlich | Reduzierte Rüstzeiten im Vergleich zu 3-Achsen | Minimale Rüstzeiten, oft Produktion in einem einzigen Arbeitsgang |
| Komplexität Fähigkeit | Begrenzt auf einfache Geometrien | Kann mäßig komplexe Teile bearbeiten | Ideal für hochkomplexe Geometrien |
| Werkzeug Länge | Häufig sind längere Werkzeuge erforderlich | Kürzere, steifere Werkzeuge sind möglich | Möglichst kurze Werkzeuge für beste Steifigkeit |
| Oberfläche | Grundlegende Verarbeitungsqualität | Verbesserte Verarbeitung gegenüber 3-Achsen | Hervorragende Oberflächenqualität |
| Komplexität der Programmierung | Einfach | Mäßig | Komplexe |
| Anfängliche Kosten | Niedrigste | Mäßig | Höchste |
| Ideale Anwendungen | Einfache Teile, Prototypen | Komplexe Teile ohne durchgehende Konturen | Komponenten für die Luft- und Raumfahrt, medizinische Implantate, komplexe Gussformen |
| Zykluszeit | Längste | Mäßig | Kürzeste |
| Präzision | Gut | Besser | Am besten |
Die 3+2-Bearbeitung bietet eine Alternative zwischen der einfachen 3-Achsen- und der umfassenden 5-Achsen-Bearbeitung. Diese Maschine verwendet fünf Achsen, wobei die vierte und fünfte Achse rotieren, um das Werkstück während der Bearbeitung zu fixieren. Mit dieser Methode kann ein Werkstück von allen Seiten bearbeitet werden, ohne dass es ständig neu positioniert werden muss.
Bei der 5-Achsen-Bearbeitung können Sie alle Achsen gleichzeitig bewegen, ohne anzuhalten. Deshalb eignet sie sich perfekt für konturierte Oberflächen, die eine besondere Detailgenauigkeit erfordern. Obwohl die Programmierung komplizierter und kostspieliger ist, bietet sie die beste Genauigkeit für detaillierte Teile. Sie sind in Fertigungsbereichen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizintechnik sehr wichtig.
Die Wahl der richtigen 5-Achsen-CNC-Maschinen
Wichtige Spezifikationen: Überprüfen Sie die Abmessungen des Arbeitsbereichs. Überprüfen Sie den Drehzahlbereich und die Leistung der Spindel. Prüfen Sie die Achsenverfahrgrenzen. Prüfen Sie die maximale Tragfähigkeit des Tisches. Überprüfen Sie die Werte für Positioniergenauigkeit und Wiederholbarkeit.
Merkmale des Kontrollsystems: Bewerten Sie die Einfachheit der Schnittstelle. Prüfen Sie die Möglichkeiten der Kollisionserkennung. Berücksichtigen Sie Optionen zur Simulation von Werkzeugwegen. Achten Sie auf erweiterte Funktionen wie die adaptive Bearbeitung. Überprüfen Sie die Kompatibilität des Postprozessors mit Ihrer CAM-Software.
Überlegungen zum Budget: Auch wenn der Anschaffungspreis hoch ist, müssen Sie die Kosten für Installation und Schulung einkalkulieren. Berücksichtigen Sie die laufenden Wartungskosten. Budget für Werkzeuge und Vorrichtungen. Bewerten Sie den möglichen ROI-Zeitrahmen.
Unterstützung durch den Hersteller: Recherchieren Sie die Verfügbarkeit des technischen Supports. Prüfen Sie die Verfügbarkeit von Ersatzteilen. Prüfen Sie die angebotenen Schulungsprogramme. Prüfen Sie die Garantiebedingungen. Berücksichtigen Sie den Ruf des Herstellers in der Branche.
Schlussfolgerung
Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung hat die moderne Fertigung verändert. Mit drei linearen Achsen - X, Y und Z - und zwei rotierenden Achsen - A und B - kann die Maschine komplexe Teile in einer Aufspannung herstellen. Die Maschinen sind zwar in der Anschaffung teurer, aber sie sparen im Laufe der Zeit Geld. Sie eröffnen neue Wege, da die Technologie fortschreitet. Sie reduzieren die Arbeitskosten und minimieren die Fehlerquote. Viele Branchen sind inzwischen auf diese Technologie angewiesen.
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