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Was ist 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?

Entdecken Sie die Fortschritte bei der 4- und 5-achsigen CNC-Bearbeitung für die Luft- und Raumfahrt sowie die Medizinbranche, die die Präzision und Effizienz in der Produktion verbessern.
HITOP / Der Blog / <a href="https://hitopindustrial.com/de/4-und-5-achsige-cnc-bearbeitung/" title="Was ist 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?">Was ist 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?

Wenn wir über die Fertigungsindustrie sprechen, gibt es eine Technik, die in den letzten Jahrzehnten alles andere überflügelt hat: CNC-BearbeitungDie Neugier über die rasante Entwicklung dieser Technologie ist echt und verständlich.

CNC oder computergestützte numerische Steuerung ist der Ort, an dem spezielle vorprogrammierte Software zum Betrieb von Fertigungsmaschinen eingesetzt wird. Das Bearbeitungssystem ist ein breiterer Begriff, der andere wie CNC-Drehen umfasst, CNC-Fräsen, CNC-Bohren usw. CNC-Bearbeitungssysteme sind zu einem integralen Bestandteil von Branchen wie der Luft- und Raumfahrt und der Medizin geworden, um nur einige zu nennen.

Es ist erwiesen, dass der Personalbedarf nach der Implementierung von CNC-Systemen deutlich reduziert wurde. Diese Systeme sind hoch optimiert und fehlerfrei, und auch die Lieferzeit des fertigen Produkts wurde maximiert.

CNC-Systeme arbeiten am häufigsten auf 3 Achsen, X, Y und Z. Im Laufe der Entwicklung sind auch bessere Methoden für 4 und 5 Achsen entstanden. In diesem Artikel werden wir versuchen, die Notwendigkeit, Existenz und Vorteile dieser evolutionären Systeme zu verstehen.

Nahaufnahme einer CNC-Werkzeugmaschine mit Mehrachsenkopf, mit Schwerpunkt auf hochpräziser Bearbeitung in einer modernen Industrieumgebung

Der Bedarf an 4- und 5-achsiger CNC-Bearbeitung 

Wenn wir über die Notwendigkeit einer Verbesserung sprechen, müssen wir uns mit der Existenz und den Einschränkungen des Vorgängers befassen. In diesem Fall wäre es die 3-Achsen-CNC-Bearbeitung.

Was ist 3-Achs-Bearbeitung?

Der Prozess des Schneidens und Formens von Materialien gemäß den X-, Y- und Z-Achsen mit einer CNC-Maschine wird als 3-Achsen-CNC-Bearbeitung bezeichnet. Jede Achse symbolisiert eine bestimmte Bewegungsrichtung:

X-Achse: Horizontale Bewegung von links nach rechts.

Y-Achse: Horizontale Bewegung von vorne nach hinten.

Z-Achse: Vertikale Bewegung auf und ab.

Mit diesem Bearbeitungsverfahren der 3-Achsen-Bearbeitung können detaillierte Designs aus vielen Materialien, darunter Metall, Holz und Kunststoff, hergestellt werden. Diese Methode wird hauptsächlich zur Herstellung von Prototypen, Teile und Komponenten mit hervorragender Reproduzierbarkeit und Präzision. 

Einschränkungen der 3-Achsen-Bearbeitung?

1. Begrenzte Oberflächenkomplexität: Bei der 3-Achsen-Bearbeitung kann das Schneidwerkzeug nur in drei Richtungen bewegt werden. Dies begrenzt die Möglichkeit, auf alle Bereiche einer komplizierten Oberfläche zuzugreifen. Diese Einschränkung kann es unmöglich machen, komplexe Geometrien ohne zusätzliche Einstellungen oder menschliche Arbeitskraft zu erstellen.

2. Unterschnitte und Überhänge: Bei der 3-Achs-Bearbeitung treten aufgrund der festen Ausrichtung des Schneidwerkzeugs Probleme bei der Bearbeitung von Hinterschnitten und Überhängen auf. Diese Eigenschaften erfordern, dass das Werkzeug das Werkstück gleichzeitig aus verschiedenen Winkeln erreicht. Dies ist etwas, was die 3-Achs-Bearbeitung nicht leisten kann, ohne dass das Werkstück neu positioniert werden muss oder zusätzliche Schneidprozesse erforderlich sind.

3. Weniger effektiv bei komplizierten Komponenten: Die Herstellung komplexer Teile mit komplizierten Geometrien erfordert bei 3-achsigen CNC-Maschinen häufig mehrere Aufspannungen oder Neupositionierungen des Werkstücks. Dies führt zu längeren Rüstzeiten und verringerter Effizienz.

4. Eingeschränkter Werkzeugzugriff: Es gibt Zeiten, in denen nicht alle Teile des Werkstücks erreicht werden können. Dies passiert insbesondere dann, wenn sich Objekte oder Merkmale im Weg befinden. Diese Einschränkung kann dazu führen, dass die Komponente unvollständig bearbeitet wird oder zur Fertigstellung Handarbeit erforderlich ist.

4-Achsen- und 5-Achsen-Bearbeitung: Definition und Unterschiede

Um die Probleme zu lösen, mit denen die Branche aufgrund der Einschränkungen bei der 3-Achs-Bearbeitung konfrontiert war, wurden 4- und 5-Achs-Bearbeitung eingeführt. Lassen Sie uns diese im Detail besprechen.

Präzisionsschneidwerkzeug im Einsatz auf einer 4-Achsen-CNC-Maschine, das fortschrittliche Technologie in der automatisierten Metallverarbeitung demonstriert

4-Achs-Bearbeitung

Eine Fertigungstechnik, mit der komplizierte und präzise Teile mit unübertroffener Effizienz produziert werden, heißt 4-Achsen-Bearbeitung. Bei der 4-Achsen-Bearbeitung wird über den ursprünglichen drei Achsen X, Y und Z eine rotierende Achse hinzugefügt, die normalerweise als A-Achse bezeichnet wird. Diese zusätzliche Achse erhöht die Beweglichkeit des Werkzeugs um das Werkstück herum.

Die Gesamtanpassungsfähigkeit des Bearbeitungsprozesses erhöht sich mithilfe der zusätzlichen Mobilität, die die A-Achse bietet.

Die 4-Achsen-Bearbeitung ist vorteilhaft, da sie verschiedene Seiten eines Werkstücks erreichen kann, ohne zu viel bewegt zu werden. Dies führt zu einer Optimierung der Geschwindigkeit und maximiert letztlich die Produktivität. Dank der Verwendung von Drehbewegungen sind mit diesem Aufbau komplexere und aufwändigere Designs möglich.

Die 4-Achsen-Bearbeitung ist die ideale Wahl für die Luft- und Raumfahrtbranche. Für Teile wie Turbinenschaufeln und Triebwerksteile gelten strenge Spezifikationen. Bei Flugzeuganwendungen ist die präzise Bearbeitung komplizierter Geometrien aus verschiedenen Winkeln erforderlich, um hervorragende Leistung und Zuverlässigkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die Herstellung von Formen, Matrizen und Werkzeuge für die Automobilindustrie, Medizin und Unterhaltungselektronik nutzen häufig die 4-Achsen-Bearbeitung.

Je nach Projektspezifikation kann die A-Achsenrotation bei der Vierachsenbearbeitung entweder kontinuierlich oder indexiert sein. Das Werkstück kann stufenlos und unbegrenzt rotiert werden, was es perfekt für die Herstellung komplexer Formen macht. Für eine genaue Winkelpositionierung oder die Bearbeitung symmetrischer Merkmale um eine Mittelachse bewegt die indexierte Rotation die A-Achse präzise.

Für die 4-Achsen-Bearbeitung sind Spezialwerkzeuge wie Schwenkachsen oder Drehtische erforderlich. Diese Teile lassen sich problemlos in CNC-Bearbeitungszentren (Computerized Numerical Control) integrieren und ermöglichen eine präzise Steuerung sowohl von Dreh- als auch von Linearbewegungen. 

5-Achs-Bearbeitung

Bei der Fünfachsenbearbeitung werden den drei Standardbewegungsachsen (X, Y und Z), die bei der Dreiachsenbearbeitung verwendet werden, zwei weitere Drehachsen hinzugefügt. Dies ermöglicht einen größeren Bewegungsbereich für das Werkzeug. 

Diese erhöhte Flexibilität schafft viele neue Möglichkeiten zur Herstellung komplexer und geometrisch schwieriger Teile. Alles, was Sie über die 5-Achsen-Bearbeitung wissen müssen, finden Sie weiter unten.

Grundsätzlich wird bei der 5-Achs-Bearbeitung eine Werkzeugmaschine mit zwei Drehachsen und drei Linearachsen verwendet. Die Drehachsen ermöglichen es dem Schneidwerkzeug, in viele Richtungen zu kippen und zu rotieren. Linearachsen hingegen ermöglichen die Bewegung des Werkzeugs entlang der X-, Y- und Z-Achse. 

Die 5-Achs-Bearbeitung verkürzt die Rüstzeiten und führt zu detaillierten und präzisen Endprodukten. Komplexe Komponenten können mit 5-Achs-Maschinen häufig in einer einzigen Konfiguration bearbeitet werden. Diese spezielle Funktion macht mehrere Einstellungen überflüssig und verringert die Möglichkeit von Fehlern beim Bewegen des Werkstücks. 

Diese Vereinfachung des Herstellungsprozesses kann zu erheblichen Zeit- und Kosteneinsparungen führen, insbesondere bei hochpräzisen Komponenten. Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Möglichkeit, durch die spanende Bearbeitung Produkte mit höheren Toleranzen und feineren Oberflächen herzustellen.

Die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie, die Medizintechnik und Formenbau Sektoren sind nur einige der Bereiche, in denen 5-Achs-Bearbeitung eingesetzt wird. Beispielsweise wird 5-Achs-Bearbeitung in der Luft-und Raumfahrtindustrie um Teile für Flugzeuge herzustellen, wie Motorgehäuse und Strukturbeschläge. Im Automobilsektor wird es verwendet, um komplex geformte und mit vielen Funktionen ausgestattete Gussformen, Matrizen und Prototypen herzustellen.

Ebenso wird die 5-Achsen-Bearbeitung im medizinischen Bereich eingesetzt, um exakte Geometrien und einzigartige Konfigurationen für orthopädische Implantate, chirurgische Geräte und Prothesen bereitzustellen.

Vorteile der 4-Achs-Bearbeitung und 5-Achs-Bearbeitung gegenüber der 3-Achs-Bearbeitung

Die 4- und 5-Achs-Bearbeitung bietet gegenüber der herkömmlichen 3-Achs-Bearbeitung mehrere Vorteile. Lassen Sie uns diese im Detail besprechen.

Vorteile der 4-Achs-Bearbeitung

1. Bearbeitung komplizierter Geometrien: Einer der Hauptvorteile der 4-Achs-Bearbeitung besteht darin, dass sie auch komplizierte Geometrien verarbeiten kann. Mit herkömmlichen 3-Achs-Maschinen wäre es schwierig oder unmöglich, komplexe Formen, Hinterschneidungen und Winkel herzustellen. Die zusätzliche Achse macht es jedoch möglich.

Da Teile in diesen Bereichen häufig anspruchsvolle Designs aufweisen, wie zum Beispiel Luft- und Raumfahrt, Automobil- und Medizinbereich ist diese Flexibilität sehr bedeutsam.

2. Kürzere Rüstzeit: Die Vierachsenbearbeitung ermöglicht das gleichzeitige Schneiden der Seiten des Werkstücks. Im Gegensatz zur Dreiachsenbearbeitung, bei der das Werkstück mehrmals angepasst werden müsste, sind dadurch weniger Einstellungen erforderlich. Kürzere Einrichtungszeiten führen zu höherer Leistung und Effizienz sowie zu geringeren Arbeitskosten.

3. Verbesserte Oberflächenbeschaffenheit: Bei der 4-Achsen-Bearbeitung kann die Möglichkeit, das Werkstück oder das Schneidwerkzeug zu neigen, dazu beitragen, optimale Schnittbedingungen zu erzielen. Das Ergebnis sind bessere Oberflächengüten und glattere Werkzeugwege. 

Dies ist für Teile unerlässlich, die sehr präzise und ästhetisch ansprechend sein müssen. Durch die Verbesserung der Oberflächenqualität können Zeit und Ressourcen gespart werden, da der Bedarf an nachfolgenden Endbearbeitungsprozessen reduziert wird.

4. Längere Werkzeuglebensdauer: Durch die Ermöglichung effektiverer Werkzeugwege und Schneidtechniken kann die 4-Achsen-Bearbeitung zu einer Verlängerung der Werkzeuglebensdauer beitragen. Die 4-Achsen-Bearbeitung minimiert unnötige Werkzeugbewegungen und maximiert Schnittwinkel, um den Werkzeugverschleiß zu verringern und die Lebensdauer der Schneidwerkzeuge zu verlängern. Hersteller können Geld sparen, da sie weniger für die Wartung und den Austausch von Werkzeugen ausgeben müssen.

Vorteile der 5-Achs-Bearbeitung

5-Achsen-CNC-Bearbeitung im Prozess, bei der das komplizierte Schneiden eines komplexen Metallzahnrads mit hoher Präzision und Effizienz demonstriert wird.

1. Bessere Oberflächenbeschaffenheit: Bei der 5-Achsen-Bearbeitung können ideale Schnittwinkel in der Oberfläche des Werkstücks beibehalten werden, indem das Schneidwerkzeug in verschiedene Richtungen geneigt wird. Die Oberflächen sind glatter und es sind folglich weniger sekundäre Endbearbeitungsschritte erforderlich. Die verbesserte Oberflächenpolitur wird besonders bei Teilen hilfreich sein, die optisch ansprechend sein müssen.

Auch für die Teile, die funktionale Anforderungen erfüllen müssen, wie reduzierte Reibung oder bessere Aerodynamik.

2. Optimale Werkzeugwege: Um optimale Werkzeugwege zu erstellen, verwendet 5-Achs-Bearbeitungssoftware häufig ausgefeilte Algorithmen. Diese Wege führen zu effektiveren Bearbeitungsvorgängen, indem sie mehrere Variablen berücksichtigen, wie Materialabtragsraten und Werkzeugausrichtung. Optimierte Werkzeugwege können zu geringerem Werkzeugverschleiß, besserer Spanabfuhr und insgesamt verbesserter Bearbeitungsleistung führen.

3. Verbesserte Produktivität: Im Vergleich zu sequentiellen Vorgängen auf Maschinen mit niedrigeren Achsen kann die 5-Achsen-Bearbeitung die Zyklusdauer drastisch verkürzen. Dies gelingt diesem Verfahren durch die gleichzeitige Durchführung von Bearbeitungsvorgängen auf mehreren Seiten eines Werkstücks. Eine verbesserte Gesamtproduktionseffizienz, kürzere Vorlaufzeiten und schnellere Durchlaufzeiten sind alles Ergebnisse dieser gesteigerten Produktivität. 

Darüber hinaus verringert sich dadurch der Bedarf an manuellen Eingriffen und die Möglichkeit von Fehlern bei der Neupositionierung des Werkstücks.

4. Kosteneinsparungen: Obwohl die 5-Achsen-Bearbeitung anfangs mehr kostet als die Standardbearbeitung, steigt mit der Zeit die Gesamtproduktivität, was zu Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus können die Kosten noch weiter gesenkt werden, wenn komplizierte Teile intern hergestellt werden können, anstatt sie an spezialisierte Einrichtungen zu vergeben.

4-Achs- und 5-Achs-Bearbeitung im Spritzguss: Einsatzmöglichkeiten und Vorteile

Um zu produzieren komplizierte Formen mit äußerster Präzision und Effizienz für Spritzgusswerden Fertigungsverfahren wie 4- und 5-Achs-Bearbeitung eingesetzt. Hier sind einige Einsatzmöglichkeiten und Vorteile:

Für Spritzguss, Anspruchsvolle und präzise Formen werden mithilfe von Fertigungsverfahren hergestellt, darunter 4- und 5-Achs-Bearbeitung. Diese Art der Bearbeitung hat Möglichkeiten für die Bearbeitung spezifischer Geometrien eröffnet. Dies ist durch die Fähigkeit zum Hinterschneiden möglich geworden, da sich das Schneidwerkzeug entlang und über die X-, Y- und Z-Achsen hinaus bewegt. 

Das Schneidwerkzeug kann das Formmaterial aus verschiedenen Winkeln angreifen. Die Möglichkeit, Werkstücke aus mehreren Winkeln anzugreifen, reduziert den Bedarf an zusätzlichen Nachbearbeitungsverfahren. Diese Prozesse ermöglichen die Herstellung komplexer und verbesserter Oberflächenpolituren. 

Beide Verfahren sind notwendig, um den Anforderungen des modernen Spritzgusses gerecht zu werden. Diese Verfahren ermöglichen die Herstellung von Formen mit äußerst komplexen Geometrien und erreichen eine höhere Genauigkeit und Produktivität. 4- und 5-Achs-Bearbeitung sind unerlässlich, um das Potenzial von Spritzgusstechnologie.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die 4- und 5-achsige CNC-Bearbeitung den Höhepunkt der Präzisionstechnik in der Fertigung darstellt. Diese hochmodernen Methoden haben Branchen wie die Luft- und Raumfahrt verändert, Automobilindustrie, Und Herstellung medizinischer Geräte. Die 4- und 5-Achsen-Bearbeitung bietet eine Vielseitigkeit, die herkömmliche Methoden übertrifft, indem sie Schneidwerkzeugen zusätzliche Bewegungsachsen verleiht. 

Die Einführung der 4- und 5-achsigen CNC-Bearbeitung wird sicherlich weiterhin von wesentlicher Bedeutung für das globale Streben der Industrie nach Innovation sein. Um hochwertige Präzisionsformenbau- oder Spritzgussdienstleistungen in Anspruch zu nehmen, kontaktiere uns. Unser Team steht Ihnen gerne zur Verfügung.

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