Wie 5-Achsen-CNC die Rüstzeit verkürzt und die Teilegenauigkeit verbessert

Verringerung der Rüstzeit durch maschinelle Bearbeitung in einer Aufspannung

Verständnis zur Reduzierung der Rüstzeit durch maschinelle Bearbeitung in einer Aufspannung

Die 5-Achs-CNC-Maschinen ermöglichen die Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung, ohne dass Teile ständig neu positioniert werden müssen. Laut Branchendaten von HWacheon Asia können Teile, die normalerweise drei oder vier separate Aufspannungen auf älteren CNC-Systemen erfordern, nun mit dieser fortschrittlichen Technologie in nur einem Durchgang bearbeitet werden. Die Vorteile sind beträchtlich: Fehler durch Wechsel der Aufspannung sinken um rund 37 Prozent, und die Stillstandszeiten zwischen den Schnitten verkürzen sich um nahezu die Hälfte, wie dem Machinery Efficiency Report 2023 zu entnehmen ist. Was macht das möglich? Betreiber arbeiten bei diesen Maschinen mit einheitlichen Koordinatensystemen und speziellen Spannvorrichtungen, die das Werkstück während aller Bearbeitungsphasen in der richtigen Position halten. Diese Konsistenz ist der Grund, warum viele Unternehmen trotz der anfänglichen Investitionskosten auf diese Technik umsteigen.

Weniger Aufspannungen und schnellere Durchlaufzeiten beim 5-Achs-Fräsen

Wenn Hersteller die SMED-Methode auf ihre 5-Achs-Bearbeitungsprozesse anwenden, verkürzen sie oft diese langwierigen Rüstzeiten von mehreren Stunden auf etwa 15 Minuten in den meisten Anwendungen. Die eigentliche Magie entsteht durch diese dynamischen Anpassungen der Werkzeugwege, die es Maschinen ermöglichen, nahtlos zwischen verschiedenen Aufgaben zu wechseln, ohne dass jedes Mal manuell eingegriffen werden muss. Nehmen wir beispielsweise die Konturierung von Luftfahrt-Verdichterrädern: Was früher fünf separate Aufspannungen erforderte, kann heute in einem einzigen Durchgang ausgeführt werden, wodurch sich die Gesamtproduktionszeit im Vergleich zu herkömmlichen Methoden deutlich reduziert.

Fallstudie: Effizienzsteigerungen in der Präzisionsfertigung

Ein auf Shenzhen basierender Luftfahrt-Hersteller implementierte 5-Achs-Einzel-Aufspann-Protokolle an 47 Arbeitsstationen und erzielte folgende Ergebnisse:

Diese zwölfmonatige Initiative verringerte die gesamten Projektlaufzeiten um 19 % und steigerte die Erstprüfabnahmequote auf 98,2 % (Lean Manufacturing Audit 2024).

Erreichen einer höheren Teilegenauigkeit durch fortschrittliche Werkzeugbahnsteuerung

Verbesserte Teilegenauigkeit durch fortschrittliche Werkzeugbahnsteuerung

Die neueste Generation von 5-Achs-CNC-Maschinen kann dank ihrer Fähigkeit, Werkzeugbahnen adaptiv zu optimieren, unglaubliche Präzisionsgrade erreichen. Diese Maschinen justieren während des Betriebs kontinuierlich Schneidwinkel nach und passen Vorschubgeschwindigkeiten an, um eine optimale Eingriffstiefe des Werkzeugs in das Werkstück sicherzustellen. Dadurch werden lästige Positionierungsfehler vermieden, wie sie bei herkömmlichen 3-Achs-Systemen auftreten, und Vibrationen, die zu Bearbeitungsabweichungen führen, werden laut Branchenberichten des vergangenen Jahres um rund 60 Prozent reduziert. Das System berechnet diese Werkzeugbahnen kontinuierlich neu, basierend auf Daten integrierter Sensoren und der Analyse, wie sich unterschiedliche Materialien unter Belastung verhalten. Im Luftfahrtbereich beispielsweise helfen konturparallele Frästechniken dabei, stabile Maße bei Turbinenschaufeln zu gewährleisten. Durch die Reduzierung der seitlichen Schnittkräfte können Hersteller Toleranzen von weniger als ±0,002 Millimetern erreichen, ohne dass nach der Bearbeitung zusätzliche Nachbearbeitungsschritte erforderlich sind.

Wie die 5-Achs-Simultan-Bearbeitung die Oberflächenqualität und Maßhaltigkeit verbessert

Die simultane 5-Achs-Bewegung ermöglicht einen ununterbrochenen Werkzeugkontakt mit komplexen Flächen wie z. B. Turbinenschaufeln oder medizinischen Implantaten. Eine Studie aus dem Jahr 2024 zeigte eine Reduzierung der Oberflächenrauheit um 38 % (Ra ≤ 0,4 μm) im Vergleich zu Treppenstufenartefakten bei 3-Achs-Bearbeitung. Die kontinuierliche Schneidbewegung verringert zudem die Wärmeentwicklung und verhindert thermische Verzugseffekte bei Aluminium- und Titanlegierungen.

Softwareintegration in bearbeitung mit 5-Achsen-CNC-Betrieb zur Echtzeit-Korrektur der Genauigkeit

CAM-Softwareplattformen wie BobCAD mit ihren adaptiven Werkzeugbahnfunktionen können tatsächlich Fehler korrigieren, während die Maschine läuft, dank Echtzeit-Messungen, die während der Produktion durchgeführt werden. Zum Beispiel haben Hersteller bei komplexen Spritzgussformen für die Automobilindustrie berichtet, dass sich der Materialabfall etwa halbiert hat, einfach weil diese Systeme automatisch kompensieren, sobald die Werkzeuge während des Betriebs anfangen, sich abzunutzen. Die Fähigkeit, Anpassungen in Echtzeit vorzunehmen, sorgt dafür, dass die meisten Schneidvorgänge während nahezu des gesamten Bearbeitungsprozesses genau dort bleiben, wo sie sein müssen – ein Vorgang, der laut Industriestandards in etwa neun von zehn Fällen in verschiedenen Unternehmen auftritt.

Vergleichsvorteile von 5-Achs-CNC gegenüber 3- und 4-Achs-Systemen

bearbeitung mit 5-Achsen-CNC-Betrieb Vorteile gegenüber 3- und 4-Achs-Systemen bei der Bearbeitung komplexer Geometrien

Fünfachsige CNC-Maschinen bieten etwas Besonderes, wenn es darum geht, komplizierte Formen herzustellen, wie sie beispielsweise für Turbinenschaufeln oder chirurgische Geräte benötigt werden. Herkömmliche dreidimensionale Maschinen können sich nur entlang gerader Linien in den X-, Y- und Z-Ebenen bewegen. Fünfachsige Maschinen verfügen jedoch über die zusätzlichen Drehachsen A und B, wodurch die Schneidwerkzeuge von besseren Positionen aus auf das Werkstück zugreifen können. Kein ständiges Umsetzen oder Drehen des Werkstücks mehr während der Fertigung. Laut Branchendaten aus dem Precision Machining Report des vergangenen Jahres verursachen diese wiederholten Umrüstungen tatsächlich etwa 30 Prozent aller Produktionsverzögerungen in traditionellen dreidimensionalen Werkstätten.

Luft- und Raumfahrtunternehmen, die 5-Achs-Systeme einsetzen, senkten ihre Rüstkosten um 48 % im Vergleich zu 4-Achs-Alternativen, indem sie Kraftstoffdüsenkomponenten in einem einzigen Arbeitsschritt bearbeiteten.

Teilegenauigkeit bei bearbeitung mit 5-Achsen-CNC-Betrieb im Vergleich zu 3- und 4-Achs-Systemen

Die 5-Achs-CNC-Systeme können diese engen Toleranzen von ±0,005 mm erreichen, da sie das Schneidwerkzeug während des gesamten Prozesses in einem konstanten Winkel zur Werkstückoberfläche halten. Dies ist besonders in Bereichen von großer Bedeutung, in denen Präzision oberste Priorität hat, wie beispielsweise bei der Herstellung optischer Komponenten. Die Rückkehr zu älteren 3-Achs-Verfahren bedeutet, dass die Teile ständig angehalten und neu positioniert werden müssen, wodurch sich bei jedem Umsetzen kleine Ausrichtungsungen vergrößern. Wir sprechen hier von möglichen Fehlerkumulierungen bis zu 0,02 mm nach nur einer einzigen Umrüstung. Was die 5-Achsen-Bearbeitung jedoch besonders auszeichnet, ist die gleichzeitige Bearbeitung der Werkzeugbahnen anstelle einer schrittweisen Abfolge. Das Ergebnis? Eine deutlich geringere Verbiegung oder Verformung der Werkzeuge während des Betriebs. Laut einer im vergangenen Jahr im Advanced Manufacturing Journal veröffentlichten Studie führt dieses Vorgehen zu Oberflächen, die um 62 Prozent glatter sind als diejenigen, die mit sequenziell arbeitenden 4-Achsen-Maschinen erzielt werden.

Workflow-Optimierung und industrielle Anwendungen

5-Achs-CNC-Planung und Workflow-Optimierung zur Steigerung der Effizienz

Die Revolution der 5-Achs-CNC-Maschinen ermöglicht es Fabriken, was früher aus mehreren Schritten bestand, dank intelligenter Werkzeugbahnplanung in einen reibungslosen Workflow zu integrieren. Wenn Ingenieure von Beginn an die Komplexität eines Bauteils sowie das verwendete Material berücksichtigen, reduzieren sie die mühsame manuelle Neupositionierung um rund 70 Prozent, wie dem Precision Machining Report des vergangenen Jahres zu entnehmen ist. Moderne CAM-Software übernimmt heutzutage den Großteil der Arbeit, indem sie die optimale Schnittreihenfolge ermittelt, wodurch die Maschinen weniger Zeit mit Leerlauf verbringen und teure Werkzeugkollisionen vermieden werden. Die Positionierung bleibt dabei während des gesamten Prozesses innerhalb von 0,005 mm stabil. Luft- und Raumfahrtunternehmen beispielsweise konnten so lange Bearbeitungsvorgänge für Flügelrippen, die früher 14 Stunden dauerten, auf nur noch neun Stunden reduzieren, die über Nacht ohne Beaufsichtigung laufen – alles dank verbesserter, schichtenbasierter Werkzeugbahnen, die jeden Winkel effizient abdecken.

Auswirkung auf die verkürzte Bearbeitungszeit und die Effizienz der Aufstellung beim automobilen Prototyping

Bei der Automobil-Prototypenerstellung haben 5-Achs-CNC-Systeme tatsächlich einen erheblichen Unterschied hinsichtlich der Bearbeitungszeit von Bremszylindern gemacht. Was früher etwa 18 Stunden pro Einheit in Anspruch nahm, wird nun in etwas mehr als zwölfeinhalb Stunden erledigt. Diese Maschinen können gleichzeitig an sieben wichtigen Flächen arbeiten, wodurch die zahlreichen Umrüstvorgänge entfallen, die zuvor notwendig waren. Statt während der Produktion fünfmal die Aufspannung zu wechseln, müssen Hersteller dies nun nur noch einmal pro Charge tun. Zudem erreichen sie eine beeindruckende Genauigkeit von ±0,02 mm, unabhängig davon, ob mit Aluminium oder Verbundwerkstoffen gearbeitet wird. Laut einer im Jahr 2024 veröffentlichten Studie verringerten Teams, die auf 5-Achs-Verfahren umgestiegen sind, ihre Vorlaufzeiten für Druckgussformen um nahezu ein Drittel. Gleichzeitig wurden auch die Oberflächen deutlich konsistenter, was im Vergleich zu herkömmlichen 4-Achs-Verfahren eine Verbesserung um etwa 41 % darstellt. Diese Effizienz macht diese fortschrittlichen Systeme für jedes ernsthafte Entwicklungsprojekt im Automobilbereich erwägenswert.

Trendanalyse: Produktionsgeschwindigkeit und Verringerung der Durchlaufzeit bei modernen Luftfahrtkomponenten

Die Luft- und Raumfahrtindustrie verzeichnet dank der 5-Achs-CNC-Bearbeitungstechnologie im Vergleich zu älteren 4-Achs-Verfahren erhebliche Verbesserungen bei der Produktionsgeschwindigkeit von Turbinenschaufeln. Hersteller berichten, dass sich die Produktionszeit durch den Wechsel zu diesen fortschrittlichen Systemen um etwa zwei Drittel verkürzt hat. Worauf beruht dies? Mehrere entscheidende Innovationen sind ausschlaggebend. Da sind zunächst intelligente Schruppalgorithmen, die die Zeit zum Entfernen großer Materialmengen von Bauteilen um nahezu ein Viertel reduzieren. Dann gibt es die dynamische Werkzeugverformungskompensation, die die Ausschussraten extrem niedrig bei lediglich 1,2 % hält. Und nicht zu vergessen sind die automatisierten Messungen während des eigentlichen Bearbeitungsprozesses, die nach Fertigstellung fast die Hälfte des Qualitätssicherungsaufwands einsparen. Bei praktischen Anwendungen konnten Unternehmen, die Titan-Verdichterräder herstellen, ihre Durchlaufzeiten dramatisch von 22 Tagen auf nur noch 9 Tage verkürzen, ohne dabei die AS9100D-Norm zu beeinträchtigen. Das entspricht einer Verbesserung der Gesamtzykluszeit um fast 60 %, allein dadurch, dass der 5-Achs-Workflow komplexe Fertigungsaufgaben deutlich besser bewältigt.

FAQ: bearbeitung mit 5-Achsen-CNC-Betrieb

Was ist die Einrichtungsbearbeitung?

Die Einrichtungsbearbeitung bezeichnet den Prozess, bei dem die Bearbeitung eines Teils in einer einzigen Aufspannung stattfindet, anstatt in mehreren, wodurch die Zeit und die potenziellen Fehler durch mehrfaches Neupositionieren der Teile erheblich reduziert werden.

Wie verbessert die 5-Achs-Bearbeitung die Rüstzeit?

die 5-Achsen-Bearbeitung ermöglicht weniger Umrüstungen, da komplexe Geometrien in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden können, wodurch die Rüstzeit verkürzt und die Gesamteffizienz gesteigert wird.

Welche Vorteile bietet die 5-Achsen-CNC gegenüber 3- und 4-Achsen-Systemen?

Die wichtigsten Vorteile sind höhere Präzision, kürzere Rüstzeiten, die Fähigkeit, komplexe Geometrien zu bearbeiten, sowie geringere Fehlerquoten.

Welche praktischen Anwendungen gibt es für die 5-Achsen-Bearbeitung?

die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung wird häufig in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilprototypenbau und der Präzisionsfertigung eingesetzt, um komplexe Bauteile wie Turbinenschaufeln, Laufräder und medizinische Implantate herzustellen.