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Was ist 3-, 4- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?
CNC wird in der verarbeitenden Industrie häufig zur Herstellung komplexer Metallteile eingesetzt. CNC-Bearbeitung hat verschiedene Achsmöglichkeiten, d. h. 3, 4, 5, 7 oder 9. Mehr Achsen bedeuten die Fähigkeit, komplexe Teile zu erstellen.
In diesem Artikel bieten wir umfassende Informationen zu 3-, 4- und 5-Achs-Bearbeitung. Sie erfahren deren Vorteile, Einschränkungen und Faktoren, die Sie bei der Wahl einer Technik berücksichtigen sollten.
Was sind 3-, 4- und 5-Achsen-Bearbeitungen?
Achsen bedeuten im Grunde die Richtung, in die sich die Maschine bewegen oder drehen kann. Die Drehachse hilft bei der präzisen Formgebung des Materials. Mehr Achsen bedeuten, dass sich das Werkzeug oder Werkstück in mehr Richtungen bewegen kann. Es gibt zwei Arten von Achsen:
- Lineare Achse: Lineare Achsen bedeuten geradlinige Bewegung. Es gibt 3 lineare Achsen:
- X-Achse: links ↔ rechts
- Y-Achse: vorne ↔ hinten
- Z-Achse: hoch ↕ runter
- Drehachse Die Drehachse ermöglicht Drehbewegungen. Die Drehachse bewegt sich in Graden. Hier sind ihre Typen:
- A-Achse: Rotiert um die X-Achse
- B-Achse: Dreht sich um die Y-Achse
- C-Achse: Dreht sich um die Z-Achse
Was ist 3-Achsen-Bearbeitung?
Bei der 3-Achs-Bearbeitung ist das Schneidewerkzeug verwendet drei verschiedene Bewegungsachsen (X, Y, Z) und bleibt während der Bearbeitung vertikal. Das Werkstück bleibt während des gesamten Bearbeitungsvorgangs fest auf dem CNC-Bearbeitungstisch befestigt. Diese Art der Bearbeitung eignet sich am besten für die Bearbeitung flacher Oberflächen oder Geometrien, die einfach zu bearbeiten sind.
Vorteile der 3-Achsen-Bearbeitung
3-Achsen-Maschinen bieten Herstellern mehrere Vorteile:
Kostenreduktion: Im Vergleich zu Mehrspindelmaschinen, die Gesamtkosten für Anschaffung und
Die Wartung von 3-Achs-Bearbeitungszentren ist gering. Sie sind daher erschwinglich für kleine und mittlere Unternehmen.
Einfachheit der Programmierung In vielen Fällen ist die Programmierung für viele 3-Achsen-Maschinen sehr einfach. So können Bediener die Programmierung mit minimaler Schulung erlernen.
Geschwindigkeit der Einrichtung: Die Zeit für die Positionierung oder Montage des Werkstücks an der Maschine ist geringer als bei mehrachsigen Typen. Und 3-Achsen-Maschinen erfordern keine komplizierte Kalibrierung vor der Produktion.
Verfügbarkeit: Die meisten Werkzeugmaschinenbetriebe setzen 3-Achsen-Maschinen ein. Es ist einfach, Dienstleister oder Ersatzteile zu finden.
Zuverlässigkeit Da 3-Achs-Maschinen weniger Komponenten als Mehrachsmaschinen haben, ist das Ausfallrisiko geringer. Bei regelmäßiger Wartung können sie über mehrere Jahre zuverlässigen und gleichbleibenden Betrieb gewährleisten.
Einschränkungen der 3-Achsen-Bearbeitung
Hier sind einige Einschränkungen der 3-Achs-Bearbeitung:
- Das vertikale Werkzeug kann nicht durch Hinterschneidungen schneiden oder eine geformte Oberfläche erzeugen
- Löcher in tiefen Kavitäten oder schräg gebohrte Löcher können mit einer 3-Achsen-Maschine möglicherweise nicht hergestellt werden
- Teile mit Merkmalen auf verschiedenen Seiten müssen neu positioniert werden. Jede Neupositionierung erhöht die Zeit und verringert die Genauigkeit.
Anwendungen der 3-Achsen-Bearbeitung
Hier sind einige Anwendungen der 3-Achsen-Bearbeitung:
- Flache Metallplatten
- Metallgehäuse und Gehäusekomponenten
- Zahnräder
- Flansche
- Kühlkörper
- Einfache Spritzgussformen für Kunststoff
- Namensschilder und gravierte Identifikationsanhänger
- Leiterplatten (gedruckte Schaltungen)
- Abstandhalter und Unterlegscheiben mit präzisen Abmessungen
Was ist 4-Achs-Bearbeitung?
Beim 4-Achs-Fräsen kommt zur herkömmlichen drei linearen Bewegungen eine Drehachse hinzu. Das Werkstück kann sich dabei um eine Achse drehen, die meist als A-Achse bezeichnet wird. Die zusätzliche Drehung ermöglicht es der Maschine, gekrümmte Flächen oder mehrere Seiten eines Objekts zu bearbeiten. Das Werkstück muss dafür nicht manuell neu positioniert werden.
Vorteile der 4-Achs-Bearbeitung
Betrachten wir einige Vorteile der 4-Achsen-Bearbeitung:
Weniger zeitaufwändiges Einrichten: Mit der 4-Achs-Maschine, die über die zusätzliche Drehachse verfügt, müssen Sie Teile nicht entfernen und neu montieren. So können Sie mehrere Flächen gleichzeitig bearbeiten und sparen mehrere Stunden manuelle Handhabung.
Bearbeitung gekrümmter Flächen Auf der Suche nach glatten Kurven oder zylindrischen Merkmalen? Die Rotationsachse ermöglicht es Ihnen, diese Merkmale ganz einfach zu erstellen. Die 4-Achs-Bearbeitung ermöglicht nahtlose, kontinuierliche Gravuren rund um Teile, ohne zum erneuten Positionieren anhalten zu müssen.
Erhöhte Werkzeuglebensdauer: Die Schneidwerkzeuge nähern sich dem Werkstück während des Bearbeitungsprozesses in optimalen Winkeln, wodurch der Verschleiß reduziert wird. Dies verlängert die gesamte Standzeit des Werkzeugs und führt zu einer höheren Einsparung bei Werkzeugersatz.
Schnellere Produktionszeiten: Aufgrund der verkürzten Handhabungszeit zwischen den einzelnen Arbeitsschritten werden Sie Aufträge viel schneller abschließen.
Einschränkungen der 4-Achs-Bearbeitung
4-Achsen-Systeme haben folgende Einschränkungen:
- Die Kosten für den Erwerb von 4-Achsen-Maschinen sind höher als die von 3-Achsen-Maschinen.
- Wenn Ihr Teil komplex ist und mehrere Winkel aufweist, kann es schwierig sein, diese Bereiche zu erreichen.
- Die Werkzeugwegentwicklung wird mehr Zeit und Aufwand erfordern. Der Programmierer benötigt zusätzliche Zeit, um die Komplexität des CAD-Programms zu erlernen.
Anwendungen der 4-Achs-Bearbeitung
Anwendungen der 4-Achsen-Bearbeitung umfassen:
- Kurbelwellen mit gekrümmten Profilen
- Welle, die in Turbinen zur Stromerzeugung eingesetzt wird
- Zylinderförmige kundenspezifisch gravierte Produkte (d. h. kundenspezifischer Stift und Röhre)
- Schrägstirnräder
- Pumpenlaufräder mit gekrümmten Schaufeln
- Medizinische Schrauben
- Individuell gefertigte Gewehrläufe
- Zylindrische Formen zur Herstellung von Flaschen
- Kupplungen und Verbinder
Was ist 5-Achs-Bearbeitung?
Eine 5-Achsen-Maschine verfügt über die gleichen Fähigkeiten wie 3- und 4-Achsen-Systeme, fügt aber zu den linearen Achsen zwei Rotationsachsen hinzu. Das Schneidwerkzeug kann sich drehen und neigen, wenn es sich dem Werkstück nähert, wodurch Sie fast jeden Winkel am Teil erreichen können.
Zusätzlich kann die 5-Achs-Bearbeitung hochkomplexe Formen erzeugen, ohne dass das Werkstück bewegt werden muss.
So wird die 5-Achsen-Fähigkeit genutzt:
- 3+2-Achsen (Positionier-) Bearbeitung: Bei der Positionierbearbeitung werden die Drehachsen verwendet, um das Werkzeug oder das Teil in einem festen Winkel auszurichten. Anschließend erfolgt der Schnitt unter Verwendung der Linearachsen. Die Drehachsen bleiben während des Schneidvorgangs stationär.
- Simultaneous 5-Achs-Bearbeitung: Bei der Simultandrehbearbeitung mit fünf Achsen bewegen sich alle fünf Achsen während des Schneidens gleichzeitig und kontinuierlich. Die Maschine kann sich dem Werkstück von allen fünf Seiten nähern. Dies ist eine fortschrittliche Methode, die die Bearbeitung hochkomplexer, Freiformgeometrien und überragender Oberflächengüten ermöglicht.
Vorteile der 5-Achs-Bearbeitung
Die 5-Achs-Bearbeitung hat einzigartige Vorteile gegenüber anderen Methoden:
Einrichtung: Die 5-Achs-Bearbeitung ermöglicht es Ihnen, alle Seiten und Merkmale komplexer Teile in einer einzigen Aufspannung zu erstellen.
Überragende Oberflächengüte Das Werkzeug hält während des gesamten Schneidzyklus einen optimalen Kontakt mit dem Werkstück, was zu glatteren Oberflächen mit weniger sichtbaren Werkzeugspuren und weniger Nachbearbeitung führt.
Präzision: Die Fähigkeit, den Kopf zu neigen, ermöglicht die Verwendung kürzerer und steiferer Werkzeuge. Dies reduziert Werkzeugvibrationen und -ablenkungen, was bei der Bearbeitung tiefer Konturen eine höhere Präzision ermöglicht.
Schnellere BearbeitungObwohl das Programmieren anfangs länger dauert, verringert sich die Teilefertigungszeit mit einem einzigen programmierten Werkzeug erheblich.
Einschränkungen der 5-Achs-Bearbeitung
Die 5-Achsen-Bearbeitungsmöglichkeiten haben bestimmte Nachteile, darunter:
- Eine 5-Achsen-CNC-Maschine kostet 3- bis 5-mal mehr als eine vergleichbare 3-Achsen-CNC-Maschine.
- Eine 5-Achs-Maschine erfordert hochqualifizierte Computer-Aided-Manufacturing-(CAM)-Programmierer zur Programmierung. Die Einstellung erfahrener CAM-Programmierer oder die Schulung von internen Programmierern verursacht hohe zusätzliche Kosten.
- Je mehr 5-Achsen-Bewegungsteile die Möglichkeit erhöhen, dass ein Werkzeug oder Werkzeugkopf mit einer Vorrichtung oder einem Werkstück kollidiert. Daher müssen 5-Achs-Maschinisten darauf achten, das Programm vor dem Ausführen zu simulieren.
- Wenn Sie nur einfache Teile herstellen, ist die Verwendung einer 5-Achs-Maschine aufgrund des Einrichtungs- und Programmieraufwands im Vergleich zur Bearbeitungsgeschwindigkeit des Teils nicht effizient.
Anwendungen der 5-Achsen-Bearbeitung
Hier sind einige Anwendungen der 5-Achs-Bearbeitung:
- Medizinische Implantate aus Titan
- Luft- und Raumfahrt-Turbinenschaufeln
- Karosserieteile-Formen
- Prothesenkomponenten
- Prototyp-Triebwerkskomponenten, einschließlich interner Kühlkanäle
- Marinepropeller
- Werkzeug- und Matrizenteile für Verbundwinkel
- Militärische Flugzeugstrukturteile mit gewichtsreduzierenden Taschen.
Schlüsselunterschiede bei der 3-, 4- und 5-Achsen-Bearbeitung
Im folgenden Abschnitt haben wir die wichtigsten Unterschiede zwischen der 3-, 4- und 5-Achsen-Bearbeitung erörtert:
Teilkomplexität
- 3-Achsen-Bearbeitung 3-Achsen-Bearbeitung kann flache Teile mit einfachen Merkmalen (Löcher, Taschen) herstellen, aber sie kann keine Hinterschneidungen oder komplexe Winkel bearbeiten.
- 4-Achs-Bearbeitung: Mit 4-Achsen-Bearbeitung können Sie herstellen zylindrische Teile/kreisrunde Teile mit Krümmung und Teile mit Merkmalen auf mehreren Seiten.
- 5-Achs-Bearbeitung: Bei der 5-Achs-Bearbeitung, komplizierteste, komplexe Formen können hergestellt werden. Verbundwinkel, tiefe Taschen und organische Krümmungen werden in einem einzigen Setup gefertigt.
Kosten
- 3-Achsen-Bearbeitungist typischerweise sehr erschwinglich ($durchschnittlich 20.000) und hat sehr geringe laufende Betriebskosten.
- 4-Achs-Bearbeitung: Die 4-Achsen-Bearbeitung kostet mehr ($75.000-$250.000), mit angemessenen Wartungskosten.
- 5-Achs-Bearbeitung Kann zwischen $200.000 und $über 1 Million liegen, mit erheblichen laufenden Betriebs-/Wartungskosten.
Benötigte Zeit
- 3-Achsen-Bearbeitung Ist in der Lage, einfache Teile mit relativ schneller Bearbeitungszeit herzustellen. Die Herstellung komplexerer Teile erfordert jedoch mehrere Aufspannungen, die Ihren gesamten Zeitplan beeinflussen können.
- 4-Achs-Bearbeitung: Eliminiert Ausfallzeiten, indem Sie die Teile in der Vorrichtung drehen können, anstatt das Teil komplett neu montieren zu müssen.
- 5-Achs-Bearbeitung Bearbeitet komplexe Teile am schnellsten, da das gesamte Teil in einer einzigen Aufspannung gefertigt wird.
Programmierungsanforderungen
- 3-Achsen-Bearbeitung Benötigt nur eine grundlegende Schulung des Bedieners innerhalb von 2-3 Wochen mit einem Standard-CAM-Paket
- 4-Achs-Bearbeitung: Erfordert, dass die Person(en), die die Programmierung durchführt/durchführen, ein Verständnis für Rotationswerkzeugwege hat/haben, sodass sie dafür einige Monate Schulung benötigen werden.
- 5-Achs-Bearbeitung Erfordert hochqualifiziertes Personal mit fortgeschrittenen CAM-Programmier- und Kollisionsvermeidungskenntnissen.
Einrichtungszeit
- 3-Achsen-Bearbeitung Die Zeit für Einrichtungs- und Laufarbeiten mit einer 3-Achsen-Maschine liegt zwischen 15 und 30 Minuten.
- 4-Achs-Bearbeitung: Bei einer 4-Achsen-Maschine dauert dies 30 bis 60 Minuten, da die Drehvorrichtung angebracht und das Werkstück positioniert werden muss.
- 5-Achs-Bearbeitung Anfänglich dauert es zwischen 1 und 3 Stunden, aber danach müssen Sie es nicht mehr neu positionieren.
Genauigkeit
- 3-Achsen-Bearbeitung Toleranzen, die bei der Verwendung von 3-Achsen-Maschinen eingehalten werden, liegen im Bereich von ±0,005 Zoll.
- 4-Achs-Bearbeitung: Sie haben präzisere Toleranzen von ±0,002 Zoll, da sich Ihr Teil während der Bearbeitung länger in dieser Position befindet.
- 5-Achs-Bearbeitung Die 5-Achs-Bearbeitung hat noch strengere Toleranzen von ±0,0005 oder enger.
Oberflächenqualität
- 3-Achsen-Bearbeitung Aufgrund der Verwendung von 3-Achs-Maschinen erscheinen ebene Flächen gut; schräge Flächen weisen jedoch deutliche Werkzeugspuren auf.
- 4-Achs-Bearbeitung: Zylindrische Oberflächen, die aus einer 4-Achsen-Konfiguration hergestellt werden, bieten eine sehr glatte Oberfläche um alle Rundungen.
- 5-Achs-Bearbeitung Die ultimative Oberflächenqualität wird auf der 5-Achsen-Maschine erzielt, da das Werkzeug den optimalen Anstellwinkel zum Werkstück beibehält.
Schlussfolgerung
Das Verständnis von 3-, 4- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung hilft den Menschen in der Fertigung bei der Auswahl der für sie richtigen Technologie. Eine größere Anzahl von Achsen ermöglicht mehr Bewegung und Flexibilität. Außerdem können komplexere Geometrien und weniger Rüstvorgänge umgesetzt werden. Maschinen mit mehr als drei Achsen sind jedoch teurer und erfordern mehr Programmierkenntnisse.
FAQs
Was ist der Unterschied zwischen 3-Achsen- und 5-Achsen-Bearbeitung?
Der Unterschied zwischen 3-, 4- und 5-Achs-Bearbeitung liegt in der Richtung, in die sich das Werkzeug oder Werkstück bewegen kann. Bei drei Achsen kann sich die Maschine nur entlang von drei geraden Linien bewegen. Bei vier Achsen kann sich die Maschine zusätzlich um die Achse drehen. Bei einer 5-Achs-Maschine kann sich die Maschine neigen und drehen.
Gibt es eine 6-Achsen-CNC-Maschine?
Ja, Sechs-Achs-Maschinen wurden speziell entwickelt, um zusätzliche Flexibilität zu bieten. Diese Maschinen werden jedoch für spezialisierte Anwendungen eingesetzt, wie z. B. solche, bei denen Bearbeitungsprozesse mit Robotern mit additiven Fertigungsverfahren kombiniert werden.
Wie viel kostet CNC-Bearbeitung pro Stunde?
Die Preise für CNC-Bearbeitung variieren je nach Anzahl der Achsen der Maschine. Zum Beispiel kosten 3-Achs-Maschinen in der Regel zwischen$40 und$75 pro Stunde, 4-Achs-Maschinen kosten zwischen$75 und $150 pro Stunde, und 5-Achs-Maschinen kosten in der Regel zwischen $150 und $300 pro Stunde. Die Kosten hängen von den Fähigkeiten der Maschine und dem geografischen Standort ab.
Wie teuer ist eine 5-Achs-CNC-Maschine?
Der Preis einer 5-Achs-CNC-Bearbeitungsmaschine liegt im Allgemeinen zwischen $200.000 und über $1.000.000. Die Einstiegsmodelle für Desktop-Versionen dieser Maschinen kosten in der Regel mindestens $50.000, haben aber meist nur sehr begrenzte Fähigkeiten. Industriemaschinen mit höherer Präzision kosten dagegen ein Vielfaches dieses Betrags.
