3-Achsen- vs. 5-Achsen-CNC-Bearbeitung: Wichtige Unterschiede

3-Achs- vs. 5-Achs-CNC-Bearbeitung 

CNC-Bearbeitung CNC-Maschinen sind eine fortschrittliche subtraktive Fertigungstechnologie, die mithilfe computergesteuerter CNC-Maschinen komplexe Bauteile herstellt. Heutzutage sind CNC-Maschinen standardmäßig ausgestattet mit Mehrachsbearbeitung Maschinen sind in der Lage, immer komplexere Bauteilkonstruktionen zu bearbeiten. 3- und 5-Achs-Maschinen sind dabei die gängigsten in der Fertigung. Die Anzahl der Achsen gibt die Richtungen an, in denen sich das Schneidwerkzeug zur Durchführung der Bearbeitung bewegen kann.

Die Unterschiede zeigen sich in ihrer Funktionsweise, Präzision, Produktionsgeschwindigkeit und der Komplexität der bearbeitbaren Konstruktionen. Daher erfordert die Auswahl des richtigen Maschinentyps für Ihre Produktionsanforderungen ein vergleichendes Verständnis von 3-Achs- und 5-Achs-CNC-Maschinen. 

Was ist eine 3-Achsen-CNC-Maschine? 

3-Achsen-CNC-Fräse

Eine 3-Achsen-Maschine ist dadurch definiert, dass sich das Werkzeug (oder Werkstück) um drei verschiedene Achsen, X, Y und Z, bewegen kann. Jede Achse stellt eine lineare Richtung dar; die X-Achse bedeutet links und rechts, die Y-Achse bedeutet vorwärts und rückwärts und die Z-Achse bedeutet auf und ab.

Es eignet sich für die Herstellung von 2D-Elementen und einfachen 3D-Formen. Die Einrichtung und Bedienung sind einfacher als bei 4- oder 5-Achsen-Maschinen. Darüber hinaus gibt es verschiedene Varianten von 3-Achsen-Maschinen, wie z. B. CNC-Fräsen, Drehmaschinen und 3-Achsen-Bearbeitungszentren. Die Unterschiede zwischen CNC-Drehmaschine vs. Drehzentrum und Fräsmaschine vs. Drehbank hier. 

Sie können mit 3-Achsen-CNC schneiden, bohren, schlitzen, plandrehen, Gewindeschneiden und andere Standardbearbeitungsvorgänge durchführen. Die Einschränkung besteht darin, dass Sie das Setup neu konfigurieren müssen, um eine andere Ebene des Werkstücks zu bearbeiten. Sie können jedoch auf bestimmten Ebenen weiterhin komplexe Geometrien erstellen. 

Vorteile der 3-Achsen-Bearbeitung

• Einfache Einrichtung: Die Maschineneinrichtung, das Spannen der Werkzeuge und die Werkzeugwegprogrammierung für 3-Achsen-CNC sind einfach und weniger zeitaufwändig. 
• Kostengünstig: 3-Achsen-CNC-Maschinen kosten rund 50,000 US-Dollar und die Bearbeitungskosten pro Stunde sind niedriger als bei 4- oder 5-Achsen-Bearbeitungszentren. 
• Schneller für einfache Teile: Die Produktionsgeschwindigkeit ist für die Bearbeitung einfacher 3D-Formen hoch. 
• Leicht zu bedienen: Bediener mit mittleren Qualifikationsniveaus können die 3-Achsen-CNC-Bearbeitungsprozesse bedienen.

Nachteile der 3-Achsen-Bearbeitung

• Begrenzte komplexe Formen: Die Bearbeitung aller Ebenen des Werkstücks erfordert ein Umspannen und die Erstellung von Hinterschnitten und komplexen Konturen ist nicht möglich.

• Geringere Präzision:  Die allgemeine Toleranz von 3-Achsen-CNC beträgt nur ±0.125 mm, was für präzisionsempfindliche Anwendungen nicht ausreicht.

• Produktionsgeschwindigkeit: Die langsamere Zykluszeit verringert die Produktionsgeschwindigkeit und ist nicht für große Mengen geeignet.

• Einebenenbearbeitung: Die Werkzeugreichweite ist bei 3-Achsen-CNC auf eine Ebene beschränkt. Für die mehrseitige Bearbeitung müssen Sie das Werkstück neu einspannen und das Werkzeug neu positionieren. 

Was ist eine 5-Achsen-CNC-Maschine? 

5-Achsen-CNC-Bearbeitung 

Eine 5-Achsen-CNC-Maschine kann das Werkstück oder Schneidwerkzeug entlang fünf verschiedener Achsen bewegen: drei lineare Achsen und zwei Rotationsachsen, X, Y, Z, A und B. X, Y und Z beziehen sich auf dieselben Richtungen: links-rechts, vorne-hinten und oben-unten. 

Folglich ist A die Rotationsachse um X und B die Rotationsachse um Y oder Z. Das bedeutet, dass Sie das Werkstück für die Mehrseitenbearbeitung drehen und neigen können, ohne die Einrichtung zu ändern. 

Wenn wir vergleichen 3-vs. 4-vs. 5-CNC-BearbeitungEs ist offensichtlich, dass die zusätzlichen Achsen die Möglichkeiten verbessern, und 5-Achsen ermöglichen einen deutlich besseren Werkzeugzugang zu schwer zugänglichen Bereichen. Die kontinuierliche Bearbeitung ermöglicht die Herstellung komplexer Formen und Konturen. So können Sie komplizierte Teile mit höchster Präzision und glatter Oberfläche herstellen. 

Sie können spezielle Bearbeitungsvorgänge mit einem 5-Achsen-Bearbeitungszentrum, einer Fräse und einer Drehmaschine durchführen, z. B. Konturfräsen, Hinterschnittbearbeitung, Profilkonturierung, Skulpturenbearbeitung und Spiralfräsen.  

Wenn Sie sich für Bearbeitungsvorgänge interessieren, lesen Sie Fräsen vs. Bohren und EDM vs. Fräsen hier. 

Vorteile der 5-Achsen-Bearbeitung

• Komplexe 3D-Formen: Die 5-Achsen-Bearbeitung ermöglicht die kontinuierliche Bearbeitung mehrerer Seiten des Werkstücks. Sie ermöglicht die Herstellung unregelmäßiger Konturen, Hinterschnitte, abgewinkelter Merkmale usw.
• Hohe Produktionsgeschwindigkeit: Durch die simultane Bearbeitung entlang fünf Achsen werden fertige Teile schneller hergestellt als mit 3- oder 4-Achsen-Maschinen. 
• Effizienz: Durch den Wegfall mehrfacher Werkzeugwechsel und Arbeitseinstellungen reduziert die 5-Achsen-Bearbeitung Ausfallzeiten und verbessert die Produktionseffizienz.
• Präzisionsgenauigkeit: Durch den gleichmäßigen Eingriff des Schneidwerkzeugs entstehen präzise Teile. Dabei können Toleranzen von bis zu ±0,125 mm oder sogar darunter erreicht werden. 
• Oberflächenfinish: Durch die kontinuierliche Kontrolle der Werkzeugausrichtung und die reduzierten Neupositionierungen wurde eine feine und glatte Oberfläche im bearbeiteten Zustand erzielt.

Nachteile der 5-Achsen-Bearbeitung

• Höhere Anschaffungskosten: Eine 5-Achsen-CNC-Maschine nach Industriestandard kostet über 100000 US-Dollar, was die Installation teuer macht und auch die Bearbeitungskosten pro Stunde sind hoch. 
• Komplexe Einrichtung und Werkzeugpfad: Die Einrichtung, Bedienung und Optimierung der Werkzeugwege der Maschine sind komplex und erfordern ein hohes Maß an Fachwissen. 
• Höhere Werkzeugkosten:  Oft sind dafür kürzere und starrere Schneidwerkzeuge erforderlich, die teurer sind als herkömmliche Werkzeugoptionen. 

Unterschiede zwischen 3-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung 

In der obigen Diskussion haben wir das Konzept sowie die Vor- und Nachteile von 3- und 5-Achsen-Maschinen verstanden. Vergleichen wir nun die Leistungsfähigkeit, die Oberflächenqualität, die Kosten, die Zykluszeit und die Anpassungsmöglichkeiten. 

Achsenbewegung 

3-Achsen-CNC-Maschinen sind auf lineare Achsenbewegungen beschränkt und können sich in Links-Rechts-, Vor- und Rückwärtsrichtung sowie von oben nach unten bewegen. Dies erschwert die Bearbeitung schwer zugänglicher Bereiche komplexer Konstruktionen. Die 5-Achsen-Bearbeitung hingegen ermöglicht zwei Rotationsachsen und bietet mehr Kontrolle über komplexe Merkmale.

Komplexität und Programmierung einrichten 

Bei der 3-Achsen-Bearbeitung sind Vorrichtungen und Werkstückhalterungen weniger komplex, und auch die CNC-Programmierung ist relativ einfach. Die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung hingegen erfordert eine komplexere Einrichtung. Darüber hinaus ist die CNC-Programmierung aufgrund des komplizierten Werkzeugwegs und der Berücksichtigung von Werkzeugneigung und -drehung komplex. Hierfür benötigen Sie eine fortschrittliche CAM-Software. 

Komplexe Formen 

5-Achsen-CNC-gefrästes Teil

Die höhere Achsenkapazität ermöglicht die Herstellung komplexer Teile durch spezielle Bearbeitungsvorgänge wie Konturieren und Tiefschneiden. 3-Achsen-CNC wird für flache Oberflächen, Sacklöcher und Durchgangslöcher, Gewinde, einfache 3D-Formen, gravierte Oberflächen, Fasen, Rundungen usw. verwendet. 

Im Gegensatz dazu verfügen 5-Achsen-Maschinen über umfassendere Möglichkeiten, darunter Freiform- und gekrümmte Oberflächen, komplexe 3D-Konturen, Hinterschnitte, tiefe Hohlräume und abgewinkelte Oberflächen.

Produktionsgeschwindigkeit und Effizienz 

Bei der Herstellung einfacher Teile in kleinen bis mittleren Stückzahlen kann die 3-Achsen-Bearbeitung die Produktionsgeschwindigkeit einer 5-Achsen-Bearbeitung erreichen. Andernfalls ist der Produktionszyklus langsamer. Die kontinuierliche Bearbeitung ohne Änderung der Werkzeugeinrichtung und -positionierung in 5-Achsen-Maschinen steigert die Produktionsgeschwindigkeit und -effizienz.

Kosten

Die typischen Kosten für 3-Achsen- und 5-Achsen-Maschinen betragen 50000 USD bzw. 100000 USD. Darüber hinaus sind die Kosten pro Produktionsteil oder pro Bearbeitungsstunde bei 5-Achsen-Maschinen höher, da fortschrittliche Werkzeuge, präzise Vorrichtungen und spezielle Software erforderlich sind. 

Qualität der Oberflächenbeschaffenheit 

3- oder 5-Achsen-CNC-Finish

Die Oberflächenbeschaffenheit von 3-Achsen-Bearbeitungsteilen kann Werkzeugspuren und Grate aufweisen, während 5-Achsen-Maschinen eine glattere Oberfläche hinterlassen. Der typische Bereich der Oberflächenrauheit (Ra) liegt bei 0.8 bis 3.2 µm für die 3-Achsen-Bearbeitung und 0.4 bis 1.8 µm für die 5-Achsen-Bearbeitung.

Anpassung und Gestaltungsfreiheit 

Die 3-Achsen-Bearbeitung bietet aufgrund der geringeren Achsenbewegung und der festen Werkzeugausrichtung nur eingeschränkte Gestaltungsfreiheit. Für komplexe Funktionen sind mehrere Aufspannungen erforderlich, was die Zykluszeit verlängert. 5-Achsen-CNC hingegen bietet deutlich mehr Flexibilität und Anpassungsmöglichkeiten. Sie ermöglicht die Herstellung komplexer Formen, gekrümmter Oberflächen und mehrseitiger Funktionen in einer einzigen Aufspannung.

Anwendungen 

5-Achsen-CNC-Anwendung

3-Achsen-CNC-Maschinen werden für einfache und allgemeine Fertigungsprozesse wie Autoteile, Blechteile, Bohren, Fräsen von Flächen, Halterungen und mäßig konturierte Oberflächen eingesetzt. 5-Achsen-Maschinen hingegen werden für komplexere Teile verwendet, die höchste Genauigkeit erfordern, wie medizinische Implantate, Turbinenschaufeln, Matrizen und Formen sowie Flugzeugkomponenten. 

(Möchten Sie mehr über die Anwendung von Fertigungsverfahren lesen? Klicken Sie auf Blech vs. bearbeitete Teile hier.)

Was ist der Unterschied zwischen 3-Achsen- und 5-Achsen-Fräsen?

3-Achsen- vs. 5-Achsen-Fräsen 

Fräsen ist eine Bearbeitungsart, bei der ein rotierendes Werkzeug und ein stationäres Werkstück zum Einsatz kommen. Fräsmaschinen oder Bearbeitungszentren werden hierfür eingesetzt. Beim 3-Achsen-Fräsen ist das Werkzeug an der Spindel befestigt, die sich entlang der X-, Y- und Z-Achse bewegen kann. Es kann Schneiden, Konturieren, Gewindefräsen vs. Gewindeschneiden, Bohren usw. 

 Im Gegensatz dazu bearbeitet das 5-Achsen-Fräsen komplexe Geometrien, Hinterschnitte, zusammengesetzte Winkel und Freiformflächen. Das Werkzeug kann das Werkstück aus mehreren Winkeln anfahren. Folglich können die beiden zusätzlichen Achsen das Werkstück gleichzeitig neigen und drehen. 

Lesen Sie mehr:

• Horizontales vs. vertikales Fräsen
• Bearbeitung vs. Gießen
• Drahtschneiden vs. EDM

Branchen, die von der 3- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung profitieren 

CNC-Bearbeitung wird branchenübergreifend eingesetzt, von der allgemeinen Bearbeitung bis hin zu Präzisionsteilen für die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizintechnik. 3-Achsen-CNC-Bearbeitung wird für einfache Industrieteile verwendet, während 5-Achsen-Maschinen für komplexe und präzisionsempfindliche Anwendungen eingesetzt werden. 

Branchen, die von der 3-Achsen-CNC-Bearbeitung profitieren 

Automobilindustrie 

Die 3-Achsen-Bearbeitung ermöglicht eine schnellere Produktion verschiedener Struktur- und Motorkomponenten in der Automobilindustrie. Zum Beispiel Motorlager, Zylinderköpfe, Getriebegehäuse, Aufhängungshalterungen, Befestigungselemente usw.

Luft-und Raumfahrtindustrie 

Obwohl kritische Flugzeugkomponenten mit CNC-Maschinen mit mehreren Achsen hergestellt werden, werden einfache Teile und Innenausstattungen mit 3-Achsen-Bearbeitung hergestellt. Beispielsweise Halterungen, Wellen und einige Fahrwerkskomponenten. 

Consumer Elektronik 

Komponenten der Unterhaltungselektronik wie Gehäuse, Kühlkörper und abgewinkelte Flächenteile werden mittels 3-Achsen-Bearbeitung hergestellt. Dabei kommen sowohl Kunststoffe als auch Metalle zum Einsatz. 

Werkzeuge und Vorrichtungen 

3-Achsen-Maschinen können zu wettbewerbsfähigen Kosten verschiedene Werkzeug- und Vorrichtungskomponenten herstellen, wie beispielsweise Vorrichtungsplatten, einfache Vorrichtungen und Positionierungsvorsprünge.

Branchen, die von der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung profitieren 

Medizintechnik 

Medizinische Diagnosekomponenten und Implantate müssen hochpräzise sein, um eine genaue Diagnose und Patientensicherheit zu gewährleisten. CNC-5-Achsen-Bearbeitung ermöglicht die Herstellung kundenspezifischer Implantate und anderer medizinischer Komponenten mit einer Toleranz von nur  ± 0.005. 

Luft-und Raumfahrtindustrie 

Die 5-Achsen-Bearbeitung ermöglicht enge Toleranzen und die Bearbeitung komplexer geometrischer Formen, die für die Leistung und Sicherheit von Flugzeugen unerlässlich sind. Sie kann für Strukturrahmen, Turbinenteile, Schmelzglashaut, Impellerschultern und Turbinenschaufelprofile eingesetzt werden. 

Formen und Formen 

Die Fähigkeit, komplexe Innenstrukturen mit feiner Oberflächengüte herzustellen, macht die 5-Achsen-CNC zu einer der wichtigsten Methoden im Formen- und Matrizenbau. Daher ist sie bei der Herstellung von Spritzgussformen, Gussformen usw. von Vorteil. 

Mehrachsige CNC-Bearbeitungslösungen bei Boda

Bei Boda verfügen wir über mehrachsige CNC-Maschinen und ein Expertenteam mit jahrzehntelanger Erfahrung in der Zerspanungsindustrie. Wir helfen Ihnen bei der Entscheidung zwischen der 3-Achsen- und der 5-Achsen-Maschine, die am besten zu Ihrem Design passt. 

Wir bieten CNC-Bearbeitungsdienstleistungen für alles – von einfachen Hardwareteilen bis hin zu komplexen Komponenten für die Automobil-, Luft- und Raumfahrt-, Medizin- und Elektronikindustrie. Egal ob Ihr Teil gefräst, gedreht oder eine Kombination aus beidem bearbeitet werden muss, unser Service ist die richtige Lösung. Dreh- und Frässervice Wir fertigen präzise Sonderteile mit engen Toleranzen. Gerne prüfen wir auch Ihre Konstruktion und schlagen praktische Verbesserungen vor, um die Bearbeitung zu vereinfachen und die Produktionskosten zu senken.

Laden Sie also Ihr Design hoch, um unsere umfassenden Lösungen zur mehrachsigen Bearbeitung zu nutzen. 

Fazit 

Obwohl beide in der Fertigung die gleichen Funktionen erfüllen, gibt es einige Unterschiede zwischen der 3- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung. 3-Achsen-Maschinen eignen sich ideal für einfache Teile, die mit Standardbearbeitungsverfahren hergestellt werden können. 5-Achsen-Maschinen hingegen können spezielle Bearbeitungsvorgänge durchführen und komplexe mechanische Komponenten mit gekrümmten Oberflächen, tiefen Hohlräumen, Hinterschnitten und benutzerdefinierten Profilen herstellen. 

Letztendlich hängt die Wahl von der geometrischen Komplexität Ihres Designs, der gewünschten Präzision, Verarbeitung und dem Produktionsvolumen ab. Identifizieren Sie daher Ihre Anforderungen und analysieren Sie, ob die 3-Achsen- oder 5-Achsen-Bearbeitung ein besseres Ergebnis zu wettbewerbsfähigen Kosten liefert. 

 FAQ

Was sind die Nachteile einer 5-Achsen-CNC-Maschine?

Eine 5-Achsen-CNC-Maschine ist mit höheren Anschaffungskosten verbunden, erfordert eine komplexe Programmierung und in manchen Fällen kann bei 5-Achsen-Konfigurationen die Steifigkeit beeinträchtigt sein. 

Was sind die Vorteile der 5-Achs-Bearbeitung?

Die 5-Achsen-Bearbeitung ermöglicht komplexe Geometrien, verbessert die Oberflächengüte, hat kürzere Zykluszeiten und kann gleichzeitig eine Konturbearbeitung durchführen.

Was sind die Einschränkungen der 3-Achsen-CNC?

Die Einschränkungen der 3-Achsen-CNC liegen in der eingeschränkten Drehbewegung, in mehreren erforderlichen Einstellungen für abgewinkelte Teile und in einem eingeschränkten Werkzeugzugang in schwer zugänglichen Bereichen.