In der Zerspanungsindustrie spielt die numerische Achse eine Schlüsselrolle, wenn es darum geht, Fertigungszeiten und Lieferfristen zu verkürzen. Sie hat zudem den Vorteil, Produktions- und Personalkosten zu senken, denn Mehrachsmaschinen erfordern nur minimale Eingriffe des Bedieners.
Was ist eine numerische Achse?
In der Zerspanung steht die Achse für die Fähigkeit einer Maschine, das Schneidwerkzeug oder das Werkstück in einer oder mehreren Richtungen entlang einer bestimmten Bahn zu bewegen. Alle Werkzeugmaschinen verfügen über eine numerische Achse; bei den einfachsten, konventionellen Maschinen sind dies die Achsen X, Y und Z, die den Prinzipien einer mathematischen Ebene folgen.
Maschinen mit einer einfachen numerischen Achse können einfache Zerspanungsvorgänge ausführen. Dazu gehören zum Beispiel Drehmaschinen, Fräsmaschinen und Bohrmaschinen. Es gibt jedoch auch Werkzeugmaschinen mit mehreren numerischen Achsen: Je mehr Achsen die Maschine hat, desto größer sind die Vorteile bei der Bearbeitung.
Die numerische Achse in der CNC
Die CNC, die computergestützte numerische Steuerung, ist eines der fortschrittlichsten Bearbeitungsverfahren überhaupt. Es handelt sich um eine Form der automatischen Bearbeitung, die nur minimale menschliche Eingriffe erfordert. Der Grund: Die Werkzeugmaschine arbeitet mit einem zentralen Rechner, der die für einen bestimmten Auftrag nötigen Schneidwerkzeuge ansteuert.
Damit der Rechner weiß, entlang welcher numerischen Achse er das Werkzeug oder das Werkstück bewegen muss, muss die Konstruktion des Teils in den Rechner geladen werden. Dazu erstellt der Ingenieur oder Bediener das Teil auf einem externen Computer mit spezieller Programmier-Software wie CAD und CAM: Die eine übernimmt die Konstruktion, die andere überträgt sie in die physische Welt.
Ist die Konstruktion fertig, wird sie in den Rechner der Werkzeugmaschine geladen und in die alphanumerische CNC-Sprache übersetzt, die die Maschine verwendet. Über diese Sprache weiß der Rechner, welches Schneidwerkzeug er am Werkstück einsetzen muss, mit welcher Geschwindigkeit es sich bewegen soll, wie tief zerspant wird und so weiter.
Denn Maschinen mit CNC können an ein und demselben Werkstück in einem einzigen Arbeitsgang verschiedene Bearbeitungen ausführen. Das Werkstück muss nicht neu positioniert oder auf dem Arbeitstisch nachjustiert werden; auch muss der Bediener zum Beispiel nicht den Fräser abbauen und einen Bohrer in die Spindel einsetzen. Das erledigt die Maschine von selbst.
Maschinen mit mehreren numerischen Achsen
Auch wenn immer mehr Werkzeugmaschinen mit CNC ausgestattet sind, haben nicht alle mehrere numerische Achsen. Nur Bearbeitungszentren, Drehmaschinen und Fräsmaschinen bieten diese Funktion. Wissen Sie, welche numerischen Achsen es bei diesen Maschinen gibt?
Bearbeitungszentren
Das Bearbeitungszentrum ist vielleicht eine der fortschrittlichsten Werkzeugmaschinen überhaupt. Es sind sehr vielseitige Maschinen, die sowohl Fräsarbeiten als auch Dreh- und Bohrarbeiten und unzählige weitere Zerspanungsaufgaben ausführen können. Sie sind in der Lage, in Serie zu fertigen und komplexe, kleine und/oder sehr einfache Teile herzustellen.
In Bearbeitungszentren bleibt das Werkstück ruhig, während sich das Schneidwerkzeug dreht, um Späne abzutragen. Aber Vorsicht: In Wirklichkeit führt das Werkstück eine Bewegung aus, und zwar eine sehr einfache, gemeinsam mit dem Tisch, um sich gegenüber dem Werkzeug zu positionieren oder auszurichten. In einem Bearbeitungszentrum unterscheidet man fünf numerische Achsen:
- Hauptachsen. Das sind die Achsen X, Y und Z. Sie stehen für die Längs-, Quer- und Höhenverfahrwege.
- A-Achse. Diese numerische Achse positioniert das Werkstück in einem bestimmten Winkel.
- B-Achse. Sie richtet das Werkstück durch Drehen aus. Bei manchen Maschinen heißt sie C.
- W-Achse. Nur einige Maschinen haben sie; sie steht für einen Palettenwechsel.
Das Besondere an Bearbeitungszentren und generell an allen Mehrachsmaschinen ist, dass die Achsen gleichzeitig arbeiten können. Das beschleunigt die Bearbeitung.
Drehmaschinen
Bei CNC-Drehmaschinen ohne Multitasking wird das Werkstück in ein Futter eingespannt und dreht sich, während das Schneidwerkzeug im Revolver ruht. Bei diesen Drehmaschinen stellen die Hauptachsen (X, Y und Z) den Verfahrweg des Werkzeugs beim Spanabtrag dar.
Einige Drehmaschinen haben weitere numerische Achsen, die Schneidwerkzeug und Werkstück aufeinander abstimmen, um Letzteres im erforderlichen Bearbeitungswinkel zu positionieren. So lassen sich zum Beispiel Werkstücke mit zylindrischer oder konischer Form drehen. Wird ein Werkstück in einer Drehmaschine geneigt, um einen besseren Anstellwinkel zu erreichen, so ist die verwendete numerische Achse die B-Achse.
Die numerische Achse bei Fräsmaschinen
Fräsmaschinen können, ebenso wie Drehmaschinen, je nach Komplexität der Maschine die Anzahl der Achsen erhöhen. Deshalb gibt es für Fräsmaschinen eine eigene Klassifizierung: Drei-, Vier- und Fünfachsmaschinen. Worauf beziehen sich diese Achsen?
- X-Achse. Diese Achse verläuft horizontal und parallel zur Werkstückoberfläche. Die Bewegung erfolgt horizontal und in Längsrichtung des Tisches.
- Y-Achse. Sie bewegt sich in der horizontalen Ebene quer zum Tisch.
- Die numerische Z-Achse. Auf dieser Achse sitzt der Fräser. Je nach Ausführung der Maschine kann sie unterschiedliche Positionen einnehmen. Sie verfährt vertikal.
- A- und B-Achse. Diese gibt es nur bei einigen Maschinen; sie betreffen die Dreh- und Positioniermöglichkeit des Werkstücks, um den Eingriffswinkel des Schneidwerkzeugs zu verbessern.