Die 5-Achs-Bearbeitung ist eines der fortschrittlichsten Bearbeitungsverfahren unserer Zeit. Dank dieses modernen Verfahrens lassen sich Werkstücke unterschiedlichster Formen und Größen herstellen, die auf konventionellen Werkzeugmaschinen nur schwer zu bearbeiten sind. Doch was ist 5-Achs-Bearbeitung? Welche Werkzeugmaschinen führen dieses Verfahren aus?
5-Achs-Bearbeitung: eine Revolution für die Industrie
Die 5-Achs-Bearbeitung bezieht sich auf die Anzahl der Richtungen, in die sich das Schneidwerkzeug bewegen kann. Konventionelle Werkzeugmaschinen bewegen sich in bestimmten Ebenen, in der Regel X und Y. In 5-Achs-Bearbeitungszentren kann sich das Schneidwerkzeug entlang der Achsen X, Y und Z bewegen und zusätzlich um die Achsen A und B drehen – je nach der am Werkstück auszuführenden Arbeit.
Durch die Bewegung um die Achsen A und B erreicht das Schneidwerkzeug jeden Winkel und jede Richtung am Werkstück. Das ist zum Beispiel auf einer konventionellen Drehmaschine nicht möglich, auf der das Werkstück umgespannt werden muss. Darin liegt der Hauptvorteil dieses ausgefeilten Bearbeitungsverfahrens: Es lassen sich alle fünf Seiten eines Werkstücks in einem Durchgang bearbeiten, ohne das Werkstück umzuspannen oder die Maschine anzuhalten.
Die 5-Achs-Bearbeitung gehört zu den fortschrittlichsten und komplexesten Verfahren der spanenden Bearbeitung. Zudem können die Maschinenbewegungen sowohl vom Arbeitstisch als auch vom Maschinenkopf ausgeführt werden.
Arten der Mehrachsbearbeitung
Zwei der fortschrittlichsten Verfahren der spanenden Bearbeitung sind die 3+2-Bearbeitung und die 5-Achs-Bearbeitung. Man spricht von Mehrachs-Bearbeitungszyklen.
- 3+2-Zyklus: Bei dieser Bearbeitungsart bleiben die vierte und fünfte Achse (A und B) fixiert. Sie bewegen sich nur beim Wechsel von einem Bearbeitungsschritt zum nächsten; die anderen drei Achsen – X, Y und Z – bewegen sich dagegen simultan.
- Simultaner 5-Achs- Zyklus: das komplexeste Verfahren, da sich alle fünf Achsen gleichzeitig bewegen. So erreicht das Schneidwerkzeug verschiedene Winkel am Werkstück, die Bearbeitungszeiten sinken und die Oberflächengüte steigt.
Spezifische Technologie
Die Mehrachsbearbeitung erfolgt auf Werkzeugmaschinen, die als Bearbeitungszentren bezeichnet werden und über eine computergestützte numerische Steuerung (CNC) verfügen. Damit diese Maschinen arbeiten können, ist jedoch Programmiersoftware für die Konstruktion des Werkstücks unerlässlich: Dazu gehören CAD (rechnergestützte Konstruktion) und CAM (rechnergestützte Fertigung). Bevor das Werkstück auf die Maschine gespannt wird, muss am Computer seine Konstruktion erstellt werden; anschließend muss diese mithilfe von CAM in eine alphanumerische Sprache übersetzt werden.
Danach wird das Ergebnis in den Rechner des Bearbeitungszentrums geladen, der den Werkzeugen die Bewegungen vorgibt, die für das gewünschte Ergebnis nötig sind. Diese Maschinen kann auch der Bediener durch Eingabe bestimmter Codes programmieren.
Merkmale und Vorteile des 5-Achs-Bearbeitungszentrums
Bei einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum entsprechen die ersten drei Achsen den Ebenen des kartesischen Koordinatensystems X, Y und Z; die vierte Achse (A) steuert die Drehung des Werkstücks um eine der Achsen und eignet sich ideal für die Bearbeitung zylindrischer Teile. Die fünfte Achse (B) ermöglicht die Drehbewegung nicht nur einer Achse, sondern beider gleichzeitig; so entsteht eine Kombination von Drehungen, die mehr Bewegungsfreiheit bietet. Außerdem lässt sich dank der fünften Achse eine senkrechte Drehung um eine Achse ausführen, während das Werkstück senkrecht zu dieser Achse geneigt wird.
Da Bearbeitungszentren mit CNC-Technologie ausgestattet sind, lassen sich zudem nicht nur sehr komplexe Arbeiten, sondern auch verschiedene Prozesse in einem Durchgang ausführen. So kann ein Werkstück beispielsweise gedreht und gleichzeitig weiter bearbeitet werden, etwa zur Verbesserung der Oberflächengüte. Auf einer konventionellen Maschine ist das nur möglich, wenn man sie anhält und das Werkstück umspannt. Die Ergebnisse sind präziser, und es können kürzere Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, die eine höhere Schnittgeschwindigkeit ermöglichen; dadurch verringern sich auch die Werkzeugschwingungen.
Die 5-Achs-Bearbeitung wird in der Serienfertigung eingesetzt, da dieses Verfahren eine Hochgeschwindigkeitsbearbeitung ermöglicht. Da komplexe Formen in einem einzigen Prozess bearbeitet werden können, steigt die Produktivität, und es sinken nicht nur die Fertigungszeiten, sondern auch der Personalaufwand; mit CNC kann ein Bediener mehrere Maschinen (stets mit CNC-Technologie) gleichzeitig steuern. Folglich sinken auch die Kosten der Fertigung.
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