3-Achs- vs. 4-Achs- vs. 5-Achs-CNC-Bearbeitung
Der Vergleich zwischen 5-Achs-, 3-Achs- und 4-Achs-CNC-Bearbeitung berührt grundlegende Aspekte wie Teilekomplexität, Anschaffungskosten, Wartungsaufwand, erforderliches Fachwissen und Zykluszeiten. Der Hersteller sollte diese Aspekte sorgfältig prüfen, da sie sich je nach Maschine unterscheiden.
Von den drei Verfahren ist die 3-Achs-Bearbeitung die einfachste, da sie nur drei lineare Achsen nutzt. Die begrenzte Anzahl an Achsen erleichtert zwar die Bedienung der Maschine, führt aber bei komplexen Teilen zu einem höheren Zeitaufwand mit mehreren Aufspannungen. Daher eignet sich diese Maschine im Wesentlichen am besten für Teile mit einfacher Geometrie.
Beim Umstieg auf die 4-Achs-CNC-Maschine kommt eine Drehachse hinzu, wodurch die Bearbeitung komplexer Teile in einem Arbeitsgang möglich wird. Die Teilekomplexität steigt bei der 5-Achs-CNC-Maschine nochmals an, da diese zusätzlich zu drei Linearachsen über zwei Drehachsen verfügt.
Die drei Maschinentypen sind auf dem Markt erhältlich, doch die jeweils für die Bearbeitung der Teile verwendete Bauart bestimmt mehrere wichtige Aspekte. Daher ist es entscheidend, die Leistungsfähigkeit, Anwendungsbereiche, Vorteile und Grenzen von 4-Achs-, 5-Achs- und 3-Achs-CNC-Maschinen zu verstehen.
Der Vergleich von 5-Achs-, 3-Achs- und 4-Achs-CNC-Bearbeitung steht im Mittelpunkt dieses Artikels. Lesen Sie weiter, um mehr zu erfahren.
Was sind Achsen in der CNC-Bearbeitung?
Achsen in der CNC-Bearbeitung beschreiben die Bewegungsrichtungen des Schneidwerkzeugs relativ zum Werkstück. Das Verständnis der Achsenanzahl hilft Herstellern bei der Wahl des richtigen Bearbeitungsverfahrens und der Entscheidung, ob eine Standardeinstellung ausreicht oder ob… Mehrachsbearbeitung ist für komplexere Bauteile erforderlich.
Linearachsen
Diese Achsen stammen aus dem kartesischen Koordinatensystem, einem Referenzsystem in der Fertigung. Die Grundlage dieses Systems bildet der Schnittpunkt dreier zueinander senkrechter Achsen, auch lineare Achsen genannt.
Kartesisches Koordinatensystem für CNC-Maschinen
Folgendes bedeuten die linearen Achsen:
X-AchseRechts-nach-links-Bewegung
Y-Achse: Vorwärts-Rückwärts-Bewegung
Z-AchseAuf- und Abwärtsbewegung
Drehachsen
Bei der CNC-Bearbeitung gibt es ein weiteres Achsensystem, die sogenannten Drehachsen. Die A-, B- und C-Achse tragen zur Verbesserung der Genauigkeit des CNC-Bearbeitungsprozesses bei, insbesondere durch die Vergrößerung der Winkel, in denen sich das Schneidwerkzeug dem Werkstück nähern kann.
Sie werden Drehachsen genannt, weil sie sich um die linearen Achsen drehen. So sieht die Interaktion aus:
Eine AchseDreht oder neigt sich um die X-Achse
B-AchseDreht sich um die Y-Achse
C-AchseDreht sich um die Z-Achse
Wie viele Achsen gibt es?
Die meisten Standard-CNC-Maschinen verfügen über 3 bis 5 Achsen, spezialisierte CNC-Maschinen können jedoch mehr Achsen haben. Manche Maschinen besitzen sogar bis zu 9 oder 12 Achsen! Die Anzahl der Achsen einer Maschine beeinflusst direkt die mögliche Teilekomplexität und die Fertigungskapazität der Maschine.
Was ist 3-Achsen-Bearbeitung?
Das 3-Achsen-CNC-Bearbeitung Diese Bearbeitungsmethode zeichnet sich durch ein stationäres Werkstück und ein sich entlang dreier linearer Ebenen – X, Y und Z – bewegendes Schneidwerkzeug aus. Sie ist ein grundlegendes Bearbeitungsverfahren, das nach wie vor die meisten Anforderungen der Teilebearbeitung erfüllt. Ihre Kombination aus Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit macht sie für Hersteller besonders attraktiv.
Da der Diagramm einer 3-Achs-CNC-Maschine Wie unten dargestellt, ist die 3-Achs-CNC-Bearbeitung nicht so komplex wie die mit mehr Achsen.
Diagramm einer 3-Achs-CNC-Maschine
Was kann eine 3-Achs-CNC-Maschine leisten?
Hersteller nutzen die 3-Achs-CNC-Maschine zur Herstellung von Grundformen und Konturen, darunter ebene Flächen, einfache Geometrien und Konturen. Zu den Geometrien, die mit der 3-Achs-Maschine bearbeitet werden können, gehören CNC-Bohren, CNC-Plandrehen und … CNC-Fräsen.
Hier sind einige gängige Teile, die sich leicht auf der 3-Achs-CNC-Maschine fertigen lassen:
- PLATTEN
- Wand- und Deckenhalterungen
Ein 3-Achs-CNC-gefrästes Teil
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Wann sollte man sich für eine 3-Achs-CNC-Bearbeitung entscheiden?
Maschinenbediener entscheiden sich für die 3-Achs-CNC-Bearbeitung, wenn:
- Die Teile sind flach und von einfacher Geometrie, zum Beispiel Platten, Halterungen und Gehäuse.
- Die Merkmale befinden sich größtenteils auf einer Seite des Werkstücks.
- Sie wünschen sich eine kostengünstige Methode für Kleinserien und Prototypen.
- Enge Toleranzen sind erforderlich, aber keine extremen Komplexitäten.
Vorteile der 3-Achsen-Bearbeitung
- Einfach zu programmieren und zu verwenden
- Kann für 2D-Schnitte verwendet werden.
- Relativ kostengünstig
Einschränkungen der 3-Achs-CNC-Maschine
- Unfähig, komplexe Geometrien zu bearbeiten
- Für komplexe Teile sind mehrere Einrichtungsschritte erforderlich.
Was ist 4-Achs-Bearbeitung?
Während 3-Achs-CNC-Fräsen Während andere 3-Achs-Bearbeitungsverfahren bei drei linearen Achsen enden, geht die 4-Achs-Bearbeitung einen Schritt weiter und fügt eine Drehbewegung um eine der linearen Achsen hinzu. Dadurch reduziert sich der Aufwand für die Aufrüstung erheblich.
4-Achsen-CNC-Maschine
Insbesondere bietet die 4-Achs-CNC-Bearbeitung die Möglichkeit, Winkelprofile und zylindrische Formen ohne mehrere Aufspannungen zu bearbeiten.
Wie funktioniert eine 4-Achs-CNC-Maschine?
Die drei linearen Achsen funktionieren wie bei einer 3-Achs-Maschine, die vierte Achse bei der 4-Achs-CNC-Bearbeitung dreht jedoch den Schneidkopf oder das Werkstück. Diese Bewegungen erfolgen koordiniert, sodass die Maschine in einer einzigen Aufspannung komplexe Profile und Formen herstellen kann.
Wann sollte man sich für eine 4-Achs-CNC-Bearbeitung entscheiden?
Die 4-Achs-CNC-Bearbeitung ist ideal, wenn:
- Die Teile müssen in einer einzigen Aufspannung an mehreren Seiten bearbeitet werden.
- Die Teile sind zylindrisch.
- Die Bearbeitungszeiten müssen verkürzt werden.
- Komplexe Details sind erforderlich
Ein 4-Achs-CNC-gefrästes Teil
Vorteile der 4-Achs-CNC-Maschine Maschinenbearbeitung
- Höhere Genauigkeit und Präzision
- Weniger Bedarf an mehreren Setups
- Vielseitiger als 3-Achs-CNC-Maschinen.
Einschränkungen der 4-Achsen-CNC-Bearbeitung
- Die Programmierkomplexität ist höher
- Höhere Vorlauf- und Betriebskosten
Was ist 5-Achs-CNC-Bearbeitung?
Es gibt eine zusätzliche Rotationsachse in 5-Achsen-CNC Durch die Bearbeitung erhöht sich die Gesamtzahl dieser Achsen auf 2. Daher gibt es bei der 5-Achs-Bearbeitung drei lineare Achsen und zwei Drehachsen.
5-Achsen-CNC-Maschine
Die Wirkung dieser zusätzlichen Rotationsachse ist enorm; das Schneidwerkzeug kann das Werkstück aus nahezu jedem Winkel anfahren. Eine Maschine mit dieser Fähigkeit kann komplexere Geometrien schneller und in einer Aufspannung fertigen. Sie ist die perfekte Maschine für Kundenspezifische CNC-Bearbeitungsdienste.
Wie funktioniert die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?
Der Arbeitsprozess der 5-Achs-CNC-Maschine ist einfach, aber hocheffektiv. Alle fünf Achsen arbeiten koordiniert zusammen. Sie sind so konstruiert, dass sie nahtlos und gleichzeitig arbeiten und so eine optimale Bearbeitung ohne Probleme wie Werkzeugdurchbiegung ermöglichen.
So funktioniert die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung
Die Funktionsweise der 5-Achs-Maschine ist darauf ausgelegt, die Zykluszeit für komplizierte Teile deutlich zu reduzieren.
Welche Toleranzen gelten für eine 5-Achs-Maschine?
Während 5-Achs-Maschinen in Bearbeitung mit engen ToleranzenSie liefern keine absoluten Toleranzen, da die Ergebnisse von Faktoren wie Teilekomplexität, Maschinenintegrität und Werkzeugqualität beeinflusst werden. Im Allgemeinen liegen die Toleranzen dieser Maschinen im Bereich von ±0.001″ bis ±0.0002″.
Bei Boda liegen die Toleranzen unserer 5-Achs-Bearbeitung bei nur ±0.0002 Zoll (0.005 mm). Das bedeutet, dass unsere CNC-Maschinen Teile mit hervorragender Oberflächengüte, komplexen Formen und sanfteren Kurven in nur einer Aufspannung und zu geringeren Gesamtkosten fertigen können.
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Wann sollte man sich für eine 5-Achs-CNC-Bearbeitung entscheiden?
Als exklusive Form der CNC-Bearbeitung sollte die 5-Achs-Ebene in Betracht gezogen werden;
- Hochpräzisionsteile mit hervorragender Oberflächengüte
- Scheibenteile für Automobile
- Mehrseitige Bauteile in einer einzigen Anordnung, die üblicherweise für Elektronik benötigt werden
- Kundenspezifische Teile mit Sonderformen
Kundenspezifische, komplexe 5-Achs-CNC-gefräste Teile
Vorteile der 5-Achs-CNC-Maschine
- Hervorragende Oberflächengüte und Bearbeitungspräzision
- Lässt sich problemlos ausführen komplexe CNC-Bearbeitung in einem Setup
Einschränkungen der 5-Achs-CNC-Maschine
- Hohe Investitionskosten
- Erfordert hochqualifizierte Maschinisten
Worin besteht der Unterschied zwischen 3-Achs- und 5-Achs-CNC-Maschinen?
3-Achs- und 5-Achs-CNC-Maschinen unterscheiden sich grundlegend hinsichtlich Rüstaufwand, Komplexität der bearbeiteten Teile und Zykluszeiten. 3-Achs-Maschinen benötigen mehrere Aufspannungen, um ein komplexes Teil zu bearbeiten, das mit einer 5-Achs-Maschine in einer einzigen Aufspannung gefertigt werden kann.
Eine 5-Achs-Maschine schafft dies und erzeugt gleichzeitig eine hervorragende Oberflächengüte, die eine 3-Achs-Maschine möglicherweise nicht erreichen kann.
Die Differenz zwischen 3-Achsen- vs. 5-Achsen-CNC Die Unterschiede in der Komplexität der Teile lassen die Bearbeitung erkennen.
Was ist 3+2-Achs-CNC-Bearbeitung?
Die auch als „positionelle 5-Achs-Bearbeitung“ bezeichnete 3+2-Achs-CNC-Bearbeitung ist eine spezielle Methode, die die Vielseitigkeit der 5-Achs-CNC-Bearbeitung mit den präzisen Fräsmöglichkeiten der 3-Achs-CNC-Bearbeitung verbindet.
Das Schneidwerkzeug befindet sich in einer festen, geneigten Position, während sich der Arbeitstisch um zwei Achsen dreht. Anders ausgedrückt: Das Schneidwerkzeug wird während des Bearbeitungsprozesses nicht bewegt.
5-Achs- vs. (3+2)-Achs-CNC-Bearbeitung
Diese Vorgehensweise ist vorzuziehen, wenn zum Schneiden kürzere, steifere Schneidwerkzeuge benötigt werden.
Was ist simultane 5-Achs-CNC-Bearbeitung?
Die simultane 5-Achs-CNC-Bearbeitung unterscheidet sich von der 3+2-Achs-CNC-Bearbeitung dadurch, dass sie das Schneidwerkzeug während des Bearbeitungsprozesses kontinuierlich manipuliert.
Was sind die Unterschiede zwischen 3-, 4- und 5-Achs-CNC-Maschinen?
Ähnlich verhält es sich mit 3-, 4- und 5-Achs-CNC-Maschinen. Diese unterscheiden sich in mehreren Bereichen, wie z. B. Investitionskosten, Programmieranforderungen, Bearbeitungsmöglichkeiten hinsichtlich der Teilekomplexität, erforderliche Qualifikation des Bedieners und Programmierniveau. Die Kombination dieser Elemente macht jede dieser Maschinen einzigartig. Arten von CNC-Maschinen geeignet für spezifische Produktionsumgebungen.
| Element | 3-Achse CNC | 4-Achse CNC | 5-Achse CNC |
| Teilekomplexität | Flache Flächen, einfache Geometrien | Gebogene Profile, zylindrische Teile | Hinterschneidungen, Winkel, komplexe Geometrien |
| Setup-Anforderungen | Häufiges Umpositionieren und Einrichten für komplexe Geometrien | Weniger Aufspannungen, Bearbeitung zylindrischer Teile in einer einzigen Aufspannung | Minimale Umpositionierung, komplexe Teile in einer einzigen Aufspannung |
| Präzision | Die Präzision ist durch mehrfaches Nachpositionieren auf etwa ±0.005″ begrenzt. | Verbesserte Präzision bei etwa ±0.002″ | Überragende Präzision von ±0.001″ |
| Investment Management | 3-Achs-Bearbeitungsdienstleistungen zeichnen sich durch niedrige Betriebskosten und einen günstigen Einstiegspreis aus. | Moderate Anfangsinvestition | Hohe Investitions- und Wartungskosten |
| Produktionsvolumen: | Hohe Stückzahlen für einfache Teile | Mittleres Volumen für Spezialteile | Niedriges bis mittleres Volumen für komplexe Teile |
| Programmieranforderungen | Grundlagen der G-Code-Programmierung | Mittlere Programmierkomplexität | Spezielle Programmierkenntnisse erforderlich |
| Zykluszeit | Längere Zykluszeiten aufgrund von Werkzeugwechseln und Rüstvorgängen | Kürzere Zykluszeit | Kürzeste Zykluszeit für komplexe Bearbeitungen |
| Anwendungsindustrie | Anwendungsgebiete der 3-Achs-Bearbeitung sind unter anderem 3D-Oberflächen, Platten, Halterungen und Flansche. | Die 4-Achs-Bearbeitung eignet sich für einfache und relativ komplexe Bauteile wie Laufräder, Kurbelwellen und Nockenwellen. | Die 5-Achs-CNC-Bearbeitung ermöglicht die Herstellung komplexer Bauteile wie beispielsweise Turbinenschaufeln. |
Faktoren, die bei der Wahl zwischen 3, 4 und 5 Achsen in der CNC-Bearbeitung zu berücksichtigen sind
Die wichtigsten Faktoren bei der Wahl zwischen den drei Stilen sind Vielseitigkeit, Programmieranforderungen, Genauigkeit und Kosten.
Die Vielseitigkeit der Maschine
Diese Maschinen eignen sich hervorragend zur Herstellung flacher, einfacher Teile wie Platten und Halterungen. Die Vielseitigkeit der 3-Achs-CNC-Bearbeitung stößt jedoch bei etwas komplexeren Teilen an ihre Grenzen. Für maximale Flexibilität in der Bearbeitung empfiehlt sich der Einsatz eines 5-Achs-CNC-Systems.
Die Programmieranforderungen
Die Komplexität der Programmierung korreliert mit der Anzahl der Bewegungen (Achsen) einer Maschine. Daher erfordert die 5-Achs-CNC-Bearbeitung höhere Programmierkenntnisse als die 3-Achs- und 4-Achs-CNC-Bearbeitung.
Ein einfaches CNC-Programm (G-Code)
Die erforderliche Bearbeitungsgenauigkeit
Obwohl alle drei Maschinen eine unglaubliche Genauigkeit aufweisen, ist die Anzahl der Achsen letztendlich ausschlaggebend für die erreichbare Präzision. Die höchste Genauigkeit erzielen 5-Achs-CNC-Maschinen, die komplexe Teile in einer einzigen Aufspannung präzise fertigen können.
Die Bearbeitungskosten
Grundsätzlich gilt: Je komplexer die Bewegungen des Schneidwerkzeugs sind, desto teurer ist der Prozess. Daher ist die 3-Achs-CNC-Bearbeitung die kostengünstigste und die 5-Achs-CNC-Bearbeitung die teuerste der drei Methoden.
Wie beeinflusst die Anzahl der Achsen die Präzision des Endprodukts?
Die Anzahl der Achsen einer CNC-Maschine hat einen großen Einfluss auf die Präzision des bearbeiteten Teils oder Bauteils. Je höher die Anzahl der Achsen, desto mehr Freiheitsgrade bietet die CNC-Maschine.
Bei der Mehrachsenbearbeitung einer 5-Achs-CNC-Maschine beispielsweise ermöglichen zwei rotierende Achsen, dass das Schneidwerkzeug das Werkstück in verschiedenen Winkeln anfährt. Der CNC-Bearbeitungsprozess ist präziser, da die Anzahl der Aufspannungen deutlich reduziert wird.
Schnittkräfte und Wärmeentwicklung werden ebenfalls reduziert, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer konstruktionsgerechten Bearbeitung des Bauteils sehr hoch ist. Prozessverformungen sind minimal, wenn überhaupt vorhanden, sodass die Oberflächenqualität und Maßgenauigkeit des Bauteils hoch sind.
Fazit
Die Erstellung eines CNC-Bearbeitungsdesigns ist nur ein Teil der Arbeit; Sie müssen die passende CNC-Maschine und den richtigen Anbieter auswählen. Ein wichtiges Kriterium für die Eignung einer CNC-Maschine ist die Anzahl der Achsen, üblicherweise 3, 4 oder 5.
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