Eine der fortschrittlichsten Zerspanungstechniken ist heute die 5-Achs-Bearbeitung. Mit diesem Verfahren lassen sich Werkstücke unterschiedlicher Form und Größe bearbeiten, die sich aufgrund ihrer Eigenschaften nicht auf anderen Werkzeugmaschinen fertigen lassen. Wie funktioniert die 5-Achs-CNC? Welche Werkzeugmaschinen verfügen darüber?
Was ist 5-Achs-Bearbeitung?
Bevor wir erklären, wie die 5-Achs-CNC-Bearbeitung funktioniert, sollten Sie diese revolutionäre Technik kennen, die der Industrie ausschließlich Vorteile bringt. Ihren Namen verdankt sie der Anzahl der Richtungen, denen das Schneidwerkzeug einer Maschine folgen kann. Wie Sie wissen, können sich konventionelle Werkzeugmaschinen in verschiedene Richtungen bewegen, allerdings nur in bestimmten Ebenen: Die Drehmaschine etwa bewegt sich nur in den Ebenen X und Z, die Fräsmaschine dagegen auf den Achsen X, Y und Z. Bei der 5-Achs-Bearbeitung kommen zwei weitere hinzu: A und B.
Die Achsen A und B sind eigentlich Drehbewegungen, mit denen das Schneidwerkzeug das Werkstück aus jedem beliebigen Winkel und jeder Richtung erreichen kann. Im Grunde können alle Maschinen, auch ohne 5 Achsen, jeden Punkt des Werkstücks erreichen; der Unterschied besteht darin, dass das Werkstück manuell umgespannt werden muss, was bei einer CNC-Maschine entfällt.
Eine 5-Achs-Maschine mit CNC bringt Zerspanungsbetrieben also ausschließlich Vorteile. Während an einer konventionellen Maschine der Bediener das Werkstück neu positionieren muss, erledigt die CNC-Maschine dies je nach gewünschter Bearbeitung automatisch über die Achsen A und B; das verkürzt die Fertigungszeiten.
Kurz gesagt: Die 5-Achs-CNC-Bearbeitung ermöglicht es, in einer einzigen Aufspannung und ohne die Maschine anzuhalten oder das Werkstück neu zu positionieren, alle fünf Seiten des Werkstücks zu bearbeiten. Die 5-Achs-Bearbeitung gilt als eine der fortschrittlichsten und anspruchsvollsten Techniken in der Zerspanungsbranche. Es handelt sich um ein Verfahren der spanenden Bearbeitung, wobei die Bewegungen sowohl vom Arbeitstisch als auch vom Spindelkopf ausgeführt werden können.
Die Mehrachsbearbeitung
Die Arten der Mehrachsbearbeitung sollten nicht verwechselt werden. Auch wenn es sich um die fortschrittlichsten Techniken handelt und beide mit fünf Achsen arbeiten, ist es wichtig, sie unterscheiden zu können. Die Arten der Mehrachsbearbeitung sind:
- 3+2-Bearbeitung. Auch hier sind die Achsen A und B vorhanden, sie bleiben jedoch fest – anders als die Achsen X, Y und Z, die sich simultan bewegen. Die Achsen A und B können sich bewegen, allerdings nur beim Wechsel von einem Bearbeitungsschritt zum nächsten.
- 5-Achs-Bearbeitung. Wie bereits erwähnt, bewegen sich alle 5 Achsen simultan.
So funktioniert die 5-Achs-CNC: Bearbeitungszentren
Nicht alle CNC-Maschinen bearbeiten in 5 Achsen. Das können nur spezielle Maschinen, die sogenannten Bearbeitungszentren. Sie arbeiten automatisiert, führen zahlreiche Bearbeitungsvorgänge aus und werden über eine rechnergestützte numerische Steuerung (CNC) betrieben. Sie erfordern nur minimale menschliche Eingriffe und arbeiten mit rotierenden Schneidwerkzeugen, vor allem Bohrern und Fräsern.
Wie funktioniert die 5-Achs-CNC eines Bearbeitungszentrums? Diese Werkzeugmaschinen können dank CNC automatisierte Prozesse ausführen. Wie alle CNC-gesteuerten Maschinen benötigen Bearbeitungszentren zusätzliche Software zur Programmierung, um ein Werkstück bearbeiten zu können. Bevor das Werkstück auf den Maschinentisch gelangt, muss es auf externen Rechnern mit CAD- (rechnergestütztes Konstruieren) und CAM-Software (rechnergestützte Fertigung) konstruiert worden sein. Sobald das Werkstück extern konstruiert ist, wird die Konstruktion in die alphanumerische CNC-Sprache übersetzt und in den Rechner der Werkzeugmaschine geladen.
Ist die Programmierung abgeschlossen (sie kann automatisch oder manuell erfolgen), kann das Bearbeitungszentrum mit der Arbeit beginnen. Gerade durch die im Rechner geladene Konstruktion weiß die Maschine, welche Schneidwerkzeuge sie verwenden muss und wie das Werkstück zu positionieren ist.
Die Bewegung der Achsen
Ein Merkmal des Bearbeitungszentrums ist, dass es alle Seiten eines Werkstücks in einem Durchgang bearbeiten kann. Möglich machen das seine 5 Achsen. Die ersten drei entsprechen dem kartesischen System X, Y und Z. Die vierte und fünfte Achse sind A bzw. B. Die A-Achse dient dazu, die Drehung des Werkstücks um eine beliebige Achse zu steuern; sie eignet sich ideal für die Bearbeitung zylindrischer Werkstücke.
Die B-Achse wiederum liefert den Rotationsmechanismus für alle Achsen gleichzeitig. Dank der fünften Achse lassen sich Drehbewegungen kombinieren, was mehr Bewegungsfreiheit bietet; zudem ermöglicht die B-Achse eine senkrechte Bewegung zur Achse, während sich das Werkstück senkrecht dazu neigt.