Häufig gestellte Fragen zum Thema 5-Achsen-CNC-Fräsen
Was ist das 5-Achsen-CNC-Fräsen?
Durch das 5-Achsen-CNC-Fräsen wird das zu bearbeitende Rohmaterial durch Abspanung in die festgelegte Form gebracht. Bei der Abspanung werden Schritt für Schritt Teile des Materials, die Späne, abgetragen, bis das gewünschte Endprodukt geformt ist. Bei der Fräsmaschine bewegt sich, anders als bei der CNC-Drehmaschine, das Werkzeug um das Werkstück herum. Dieses ist fest montiert auf einer Werkbank. Was beide Maschinen, die Fräs- und die Drehmaschine gemeinsam haben, ist, dass sie mit der CNC-Technik gesteuert werden.
Die Computerized Numerical Control-Methode ist ein Programm, das die jeweilige Maschine mit einem Computer verbindet und steuert. Hierfür wird zunächst das Produkt in einem CAD-Programm konstruiert und festgelegt. Die Datei wird anschließend an die Maschine gesendet und umgesetzt. Bei dem 5-Achs-CNC-Fräsen wird das Werkstück mit Werkzeugen bearbeitet, die sich in fünf verschiedenen Achsen um das Rohmaterial herum bewegen. Zunächst gibt es drei Achsen, die sich jeweils in eine andere Raumrichtung bewegen. Sie werden als X-, Y-, und Z-Achsen bezeichnet. Die beiden anderen Achsen bezeichnen Rotations- und Schwenkbewegungen, die je nach Maschine variieren können. Jedoch wird hierbei immer entweder der Tisch oder der Werkzeugkopf bewegt.
Wie viele Achsen werden zum CNC-Fräsen benötigt?
Wie viele Achsen bei dem CNC-Fräsen notwendig sind, hängt von der Konstruktion des jeweiligen Endproduktes ab. Jede CNC-Fräsmaschine hat ihre Vor- und Nachteile. Bei vielen Bauteilen bieten sich mehrere Fräsarten an, jedoch gibt es meist eine Methode, die am effizientesten ist. Allerdings gibt es noch weitere Faktoren, die über die Bearbeitung des Werkstücks einscheiden. Neben dem festgelegten Endprodukt spielt die weitere Produktionsplanung eine entscheidende Rolle. So kann ein Werkstück, das für sich genommen am besten durch das 5-Achsen-CNC-Fräsen bearbeitet werden würde, im Hinblick auf die weiteren Schritte der Gesamtproduktion, effektiver mit einer 3-Achs-Fräsmaschine bearbeitet werden.
Des Weiteren entscheiden die Kapazitäten der Fräsmaschinen über die Bearbeitung eines Rohmaterials. Besonders die räumlichen Gegebenheiten begrenzen die Auswahl an Werkstücken. So sollten im Vorhinein die Maximalmaße des Ausgangsmaterials bedacht werden, um eine die richtige Entscheidung für die passende Fräsmaschine zu treffen. Abgesehen von den technischen Gegebenheiten spielt auch der Kostenfaktor eine Rolle. Für Kunden, die eine besonders kostengünstige Variante suchen, bietet sich eindeutig die 3-Achs-CNC-Fräsmaschine an. Jedoch sollte auch hier die weitere Bearbeitung mitbedacht werden. Denn wird ein Werkstück im weiteren Prozess mit einer Maschine bearbeitet, die kostengünstiger das ausführt, was die 5-Achs-Fräsmaschine ermöglicht, so bietet sich in dem vorherigen Schritt die 3-Achs-CNC-Fräsmaschine an. Das bedeutet, es lässt sich keine allgemeine Antwort geben, wie viele Achsen zum CNC-Fräsen benötigt werden, sondern es gilt, immer den gesamten Prozess der Produktion zu betrachten.
Wo liegen die Vorteile im 5-Achsen-CNC-Fräsen?
Ein wesentlicher und offensichtlicher Vorteil des 5-Achsen-CNC-Fräsens ist die unglaubliche Präzision, mit der Formen realisiert werden können. Diese können in kurzer Zeit umgesetzt werden, was eine schnelle Produktion einer großen Serie ermöglicht. Aufgrund der großen Anzahl an Achsen kann sich das Werkzeug in vielfältigen Winkeln um das Werkstück herum bewegen. Was sonst in mehreren Arbeitsschritten mit Umspannen des Rohmaterials geschehen würde, ist durch das 5-Achs-CNC-Fräsen in einem durchgängigen Schritt möglich. Hinzu kommt, dass mehrere Seiten des Materialblocks gleichzeitig bearbeitet werden können. Somit ist das 5-Achsen-CNC-Fräsen um einiges schneller als ältere Methoden des Fräsens.
Alles in allem ist das CNC-Fräsen mit fünf Achsen somit die effizienteste Methode, eine Serie zu produzieren. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die komplexe Bearbeitung des Materials in einem Schritt Arbeitsunfälle vermieden werden. Was früher in mehreren Schritten und mit hoher Präzision manuell umgesetzt werden musste, kann mit dem 5-Achsen-CNC-Fräsen komplett Computer basiert produziert werden. Die zusätzlichen zwei Achsen bei dem 5-Achsen-CNC-Fräsen ermöglichen weiterhin eine längere Lebensdauer der einzelnen Werkzeuge. Denn durch das Bewegen des Arbeitstisches oder die Rotation des Fräselements kann die Abspanung in einem bestmöglichen Winkel erfolgen. Das wirkt sich positiv auf die Abnutzung der Werkzeuge aus.
3D-Druck oder 5-Achsen-CNC-Fräsen?
Ein entscheidender Unterschied zwischen dem 3D-Drucken und dem 5-Achsen-CNC-Fräsen ist, dass es sich bei dem Druckverfahren um ein additives Vorgehen und bei dem CNC-Fräsen um ein subtraktives Verfahren handelt. Das bedeutet, dass bei der Herstellung von Produkten mit dem 5-Achsen-CNC-Fräsen deutlich mehr Materialabfälle anfallen, da die Formen aus einem Rohmaterial gespant werden. Bei additiven Verfahren geht dementsprechend weniger Material verloren, da nur das zur Verwendung kommt, das benötigt wird, um das Produkt herzustellen.
Jedoch bestätigen Experten auf dem Gebiet des 5-Achsen-CNC-Fräsens, dass sich beide Verfahren nicht einander ausschließen. Vielmehr würden in naher Zukunft beide Technologien stärker zusammenarbeiten, um aus beiden Herangehensweisen die Vorteile herauszuholen und somit das bestmögliche Ergebnis zu erzielen. So würden die meisten Produkte des 3D-Druckers noch eine nachträgliche Bearbeitung mit dem subtraktiven Verfahren des 5-Achsen-CNC-Fräsens benötigen, da man diese Bauteile bisher nur mit einer geringen Rundheitstoleranz fertigen könne.
Wie unterscheidet sich das 5-Achsen-CNC-Fräsen vom 3+2-CNC-Fräsen?
Das 3+2-Fräsen wird auch als positioniertes 5-Achsen-CNC-Fräsen bezeichnet. Das bedeutet, dass der Aufbau der Maschinen im Grunde gleich ist. Es gibt auch hier die X-, Y- und Z-Achse, sowie zwei weitere Achsen. Jedoch wird das Werkzeug während der Bearbeitung des Werkstücks nicht neu positioniert. Die beiden Achsen, die für die Bewegung des Werkzeugs zuständig sind, bewegen sich lediglich vor dem Abspanen. Ein Vorteil der 3+2-CNC-Fräsmaschine gegenüber dem 5-Achsen-CNC-Fräsen ist der geringe Aufwand in der Produktion. Sie ist mit ihren zusätzlichen zwei Achsen besser in der Bearbeitung als die 3-Achs-Fräsmaschine und simpler in ihrer Anwendung als die 5-Achs-Fräsmaschine.
Besonders gut lassen sich Stücke mit geringer Geometrie herstellen. Wie auch bei dem 5-Achsen-CNC-Fräsen ist die Bandbreite an Materialien groß. Von Metall, Stahl, Aluminium bis hin zu Kunststoffen wie PCV oder PEEK lässt sich alles in dem 3+2-Verfahren fertigen. Da bei dem 5-Achsen-CNC-Fräsen das Werkzeug kontinuierlich bewegt wird, lassen sich hier komplexere Bauteile herstellen. Jedoch ist der Aufwand der Produktion höher, da jede einzelne Bewegung geplant werden muss. Dabei kann es schneller zum Verschleiß des Werkzeugs und zu Fehlern in der Steuerung kommen.
Bei der 3+2-Produktion ist die Planung um ein Wesentliches einfacher als bei dem 5-Achsen-CNC-Fräsen. Allerdings liegt der Vorteil der aufwendigeren 5-Achs-Fräsung und konstanten Bewegung der Werkzeuge in der Schnelligkeit der Herstellung. Während hier alle Seiten des Werkstücks simultan bewegt werden, muss bei dem Fräsen im 3+2-Verfahren das Werkzeug nach jedem Abspanungsvorgang neu arretiert werden. Das kostet wiederum Zeit und verlängert den Fertigungsprozess.
Das Beste aus dem 5-Achsen-CNC-Fräsen herausholen
Experten auf dem Gebiet des 5-Achsen-CNC-Fräsens warnen vor einer wenig effizienten Nutzung einer 5-Achs-CNC-Fräsmaschine. Ihrer Beobachtung nach sollten Unternehmen darauf achten, Fachkräfte für die Bedienung der 5-Achsen-CNC-Fräsmaschinen zur Verfügung haben. Am wichtigsten sei hierbei die Verwendung der speziellen Schneidesoftware, die die volle Ausschöpfung der Maschine erst ermögliche. So sollten Unternehmen ihre Mitarbeiter konstant auf dem Gebiet des 5-Achsen-CNC-Fräsens schulen, um ein effizientes und sinnvolles Arbeiten mit der komplexen Technik zu ermöglichen.
Die richtige Software für das 5-Achsen-CNC-Fräsen
Entscheidend für das wirtschaftliche und Fehler minimierende Arbeiten mit der modernen 5-Achs-CNC-Fräsmaschine ist die Verwendung einer oder mehrerer Softwares. Nur mit den passenden Programmen und einem oder mehreren leistungsfähigen Rechnern ist die optimale und geschmeidige Bewegung der Werkzeuge möglich. So können langsame Rechner dazu führen, dass sich die Werkzeuge durch die verzögerte Datenverarbeitung ruckartig bewegen.
Das wiederum kann zu ungenauen Schnitten im Werkstoff führen. Um dies zu vermeiden, sollte vorher das passende Programm für das jeweilige Vorhaben ausgewählt werden. Weiterhin empfiehlt es sich, eine Software zur Vermeidung von Kollisionen einzusetzen. Diese können durch Simulationen der vorhandenen Werkzeuge mögliche Fehler aufspüren und verhindern.
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