Wie 5-Achs-Bearbeitung Arbeitsgänge reduziert und Genauigkeit verbessert

Mehrere Aufspannungen eliminieren mit 5-Achsen-Fräserzeugung

Die 5-Achsen-Fräserzeugung prozess und seine Auswirkungen auf den Arbeitsablauf

Fünf-Achsen-CNC-Maschinen ermöglichen es, Schneidwerkzeuge gleichzeitig entlang aller fünf Achsen frei zu bewegen, wodurch sie von nahezu jeder Richtung aus auf Werkstücke zugreifen können. Es ist nicht mehr notwendig, die Maschine während des Arbeitsgangs anzuhalten, um manuell Positionen anzupassen – etwas, das früher mit dem Stilllegen des Betriebs, dem erneuten Aufbau und Problemen durch mögliche Fehlausrichtungen verbunden war. Wenn alles in einer einzigen Aufspannung bleibt, reduziert sich dadurch die lästigen Unterbrechungen im Arbeitsablauf um etwa 63 Prozent im Vergleich zu älteren Dreiachsensystemen. Fertigungsberichte vom letzten Jahr bestätigen dies und zeigen erhebliche Zeitersparnisse in Betrieben, die komplexe Komponenten herstellen.

Reduzierung der Rüstzeit und der Anzahl an Arbeitsgängen durch integrierte Positionierung

Bei traditionellem 3-Achs-Fräsen sind in der Regel mehrere Aufspannungen erforderlich, um alle Seiten eines komplexen Bauteils bearbeiten zu können. Wir reden hier von etwa 4 bis 6 Aufspannungen bei besonders komplizierten Komponenten. Und jedes Mal, wenn die Maschine stoppt und das Bauteil neu positioniert werden muss, gehen etwa 30 bis 45 Minuten verloren – Zeit, in der kein Metall bearbeitet wird. Das summiert sich schnell, besonders bei Bauteilen aus der Luftfahrtbranche, wobei allein die reine Aufspannzeit rund 165 Minuten verloren geht. Schauen Sie sich jetzt an, was mit 5-Achs-Maschinen passiert. Diese leistungsstarken Maschinen können die meisten Bauteile bereits in nur ein oder zwei Aufspannungen fertigen und reduzieren so die unproduktive Zeit auf insgesamt etwa eine Stunde. Der Clou liegt in den integrierten Positioniersystemen, die den Winkel automatisch nach Bedarf justieren. So können die Zerspaner ohne Unterbrechung weiterarbeiten, selbst bei schwierigen Kurven und ungewöhnlichen Winkeln. Ein prominentes Beispiel aus der Luftfahrtbranche zeigt die Vorteile deutlich auf: Ein großer Luftfahrtkonzern reduzierte die erforderlichen fünf separaten Aufspannungen für Turbinenschaufeln auf nur noch eine einzige Aufspannung. Das Ergebnis? Eine massive Reduktion der gesamten Produktionszeit um satte 37 %.

Wie Automatisierung in 5-Achsen-CNC-Maschinen menschliche Fehler während des Übergangs reduziert

Wenn Arbeiter Teile manuell positionieren, führt dies laut aktuellen Branchendaten des Machinery Efficiency Report aus dem vergangenen Jahr etwa einmal alle acht Aufspannungen zu Ausrichtproblemen. Fünf-Achsen-Maschinen reduzieren diese Probleme, da sie die Werkzeugbahnwechsel und die Rotation der Werkstücke automatisch übernehmen. Die meisten modernen Systeme sind mit Kollisionsdetektionsfunktionen ausgestattet, die dafür sorgen, dass sich alles auf allen Achsen gleichmäßig bewegt. Einige Hersteller berichten, dass Abfallmengen in Bereichen, in denen Präzision entscheidend ist – wie beispielsweise bei der Herstellung medizinischer Geräte – um nahezu 30 % reduziert wurden. Obwohl automatisierte Prozesse die Genauigkeit zweifellos verbessern, müssen Bediener dennoch eine gewisse Einarbeitungszeit einplanen, insbesondere wenn sie mehrere Maschinen gleichzeitig statt nur eine einzelne Anlage überwachen müssen.

Verbesserung der Genauigkeit von Bauteilen und Oberflächenqualität

5-Achs-Bearbeitung steigert die Präzisionsfertigung, indem sie eine kontinuierliche Werkzeugbearbeitung komplexer Geometrien ermöglicht. Diese Fähigkeit minimiert Eingriffe des Bedieners, während Toleranzen von ±0,005 mm gehalten werden, was für aerospace- und medizinische Komponenten wie Turbinenschaufeln oder orthopädische Implantate entscheidend ist.

Erhöhte Präzision und Reproduzierbarkeit bei komplexen Geometrien

Im Gegensatz zu 3-Achs-Maschinen, die ein Neupositionieren erfordern, bewahren 5-Achsen-Systeme während Konturierungsoperationen optimale Schneidwinkel. Ein spiralförmiger Werkzeugweg kann das Profil einer Turbinenschaufel in einem Aufspann bearbeiten – dadurch werden dimensionale Abweichungen um 18 % im Vergleich zu mehrstufigen Prozessen reduziert.

Erreichen engerer Toleranzen durch verbesserte Steuerung des Werkzeugwegs

Fortgeschrittene CAM-Software optimiert die Werkzeugorientierung, um Verbiegungen zu verhindern, insbesondere beim Tiefbohren. Indem das Werkzeug senkrecht zu gekrümmten Oberflächen bleibt, reduzieren 5-Achsen-Systeme Sehnenfehler in Bögen um 32 % und gewährleisten eine gleichmäßige Oberflächenqualität über Fertigungschargen hinweg.

Datenanalyse: Oberflächenfinish-Verbesserungen um bis zu 40 % im Vergleich zu 3-Achs-Systemen

Die Fähigkeit, die ideale Spanlast und Schneidgeschwindigkeit über zusammengesetzte Winkel hinweg aufrechtzuerhalten, verringert Werkzeugspuren und Nachbearbeitungsaufwand. Automobilhersteller berichten von Ra (mittlerer Rauheitswert) unter 0,8 μm für 5-Achsen-Fräsen von Getriebegehäusen – eine Verbesserung um 40 % gegenüber konventionellen 3-Achsen-Ergebnissen.

Konsolidierung von Fertigungsoperationen zur Steigerung der Effizienz

Integration von Dreh- und Fräsoperationen in 5-Achsen-Systeme

Die neuesten 5-Achs-Bearbeitungssysteme vereinen Dreh- und Fräsfunktionen, sodass Betriebe mehrere Bearbeitungsschritte ohne Maschinenwechsel durchführen können. Wenn Werkstücke nicht mehr zwischen Drehbänken und Fräsmaschinen hin- und hertransportiert werden müssen, entstehen weniger Probleme bei der Ausrichtung. Laut aktuellen Branchendaten von Machinery Trends im Bericht von 2024 reduziert diese Konfiguration Ausrichtprobleme um rund 30 Prozent. Für jene komplizierten Bauteile, die sowohl Rotation als auch geradlinige Schneidwege erfordern, erledigen diese Systeme alles in einer einzigen Aufspannung. Dies spart Zeit und Geld und vermeidet gleichzeitig die Fehler, die bei herkömmlichen Fertigungsprozessen durch häufiges Handling der Teile entstehen.

Produktion optimieren durch weniger Maschinentransfers und Spannmittel

Luftfahrtunternehmen, die mit 5-Achs-Systemen arbeiten, haben festgestellt, dass ihr Bedarf an Spannmitteln bei der Fertigung von Turbinenschaufeln um etwa die Hälfte gesunken ist. Diese Reduzierung bedeutet insgesamt weniger Aufbauten, was sowohl die Produktionszeit als auch die Kosten für Werkzeuge verringert. Ein Beispiel ist ein Hersteller von Autozubehör, der es schaffte, etwa 22 % der Produktionszeit pro Bauteil einzusparen, einfach weil weniger Maschinenwechsel erforderlich waren. Der Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass die Bauteile vor Schäden durch ständige Spannvorgänge geschützt werden, und dabei die Positionsgenauigkeit innerhalb von nur 5 Mikrometern oder besser bleibt. Für Betriebe, die mit engen Toleranzen arbeiten, machen solche Verbesserungen einen spürbaren Unterschied im täglichen Betrieb aus.

Trend: Einführung von Hybriden 5-Achsen-Maschinen für hohe Produktionseffizienz

Immer mehr Unternehmen in verschiedenen Fertigungssektoren setzen auf hybride 5-Achs-Systeme, die traditionelle Bearbeitung mit additiven Fertigungsmöglichkeiten kombinieren, um Bauteile herzustellen, die nur minimale Nachbearbeitung erfordern. Diese integrierten Plattformen reduzieren die Anzahl der Arbeitsschritte, die zur Fertigung eines Bauteils erforderlich sind, manchmal sogar um bis zu 40 % weniger als zuvor üblich. Eine reale Fallstudie eines Medizintechnikunternehmens zeigt auch, wie diese Systeme Kosten sparen können – das Unternehmen verzeichnete etwa 15 % geringere Personalkosten, nachdem die Maschinen automatisch Werkzeugwechsel durchführten und Einzelprogrammierungen anstelle mehrerer Setup-Schritte nutzten. Besonders interessant ist jedoch der Trend zu selbstkalibrierenden Maschinen. Diese Entwicklung hat dazu geführt, dass Produktionslinien zwischen Chargen effizienter laufen, wobei Wartezeiten um etwa 18 % verringert wurden, wie aktuelle Daten zeigen. Hersteller stellen fest, dass diese Verbesserungen nicht nur kosteneffizient sind, sondern auch unerlässlich, um mit den Anforderungen moderner Fertigungsprozesse Schritt halten zu können.

Reduzierung der Durchlaufzeiten durch Optimierung von Aufbau und Vorrichtung

Minimierung der Vorrichtungskomplexität durch dynamische Werkstückorientierung

Die Komplexität der Vorrichtungen reduziert sich erheblich, wenn es um 5-Achs-Bearbeitung geht, da die Maschine das Werkstück während der Bearbeitung aktiv bewegt. Traditionelle 3-Achs-Systeme benötigen bei jeder Positionsveränderung eines Bauteils diverse spezielle Vorrichtungen, während diese moderneren Maschinen über zwei zusätzliche Achsen verfügen und dadurch eine höhere Beweglichkeit besitzen. Laut einer Studie von AMT aus dem Jahr 2023 können Betriebe so etwa 60 bis 80 Prozent dieser Vorrichtungen bei komplexen Formen einsparen. Als Beispiel seien hier Turbinenschaufeln genannt. Diese benötigten früher etwa zwölf separate Aufspannungen auf älteren Maschinen, während Hersteller heute mit nur ein bis drei Aufspannungen auskommen, dank universellen Spannbacken, die unter verschiedenen Winkeln eingesetzt werden können.

Kosten- und Zeiteinsparungen durch reduzierte Spannmitteleinrichtung

Einfachere Spannmittel reduzieren direkt Arbeitsstunden und Materialabfall:

• Spannzeitreduktion : 50–70 % schneller pro Bauteil (IMTS 2024 Tooling Efficiency Report)
• Kosten für Spannmittel : 2.500–15.000 $ pro komplexem Projekt gespart durch Vermeidung von Spezialvorrichtungen
  Präzisionsdrehvorrichtungen halten während dynamischer Neupositionierung eine Positionsgenauigkeit von 5 Mikrometern aufrecht und eliminieren manuelle Messschritte zwischen den Arbeitsgängen.

Reduzierte Durchlaufzeit durch 5-Achs-Bearbeitung aufgrund konsolidierter Prozesse

Wenn Unternehmen Bohr-, Fräs- und Fertigungsarbeiten in einer einzigen Aufspannung kombinieren, können sie ihre Produktionszyklen in der Regel um etwa 30 bis 60 Prozent verkürzen. Auch die Luftfahrtbranche hat bereits beeindruckende Ergebnisse erzielt. Ein Hersteller reduzierte die Wartezeiten erheblich, nachdem er auf 5-Achs-Systeme umgestellt hatte. Bei besonders wichtigen Bauteilen, die für Flüge benötigt werden, reduzierte sich die Fertigungszeit von ursprünglich zwei Wochen auf etwas mehr als eine Woche. Zudem ergeben sich weitere Zeitersparnisse durch die Optimierung der Werkzeugbewegungen während der Produktion. Ein Testlauf bei Haas Automation zeigte, dass solche Optimierungen die Prozesse um etwa 15 bis 20 Prozent beschleunigen können, da die Maschinen weniger Zeit mit nicht produktiven Bewegungen verbringen.

FAQ-Bereich

Was ist 5-Achsen-Fräsen?

5-Achs-Bearbeitung ermöglicht es, Werkzeugmaschinen entlang von fünf verschiedenen Achsen gleichzeitig zu bewegen, wodurch die Bearbeitung komplexer Formen aus nahezu jeder Richtung möglich wird.

Wie reduziert 5-Achs-Bearbeitung die Rüstzeiten?

Dadurch, dass die meisten Teile in nur ein oder zwei Spannvorrichtungen bearbeitet werden können, reduziert die 5-Achsen-Bearbeitung erheblich den Bedarf an manueller Neupositionierung und verringert somit die Rüstkosten und die Gesamtproduktionskosten.

Warum gilt die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung als genauer?

5-Achsen-CNC-Maschinen verwenden fortschrittliche CAM-Software, um Werkzeugbahnen zu optimieren und Toleranzen einzuhalten, wodurch eine höhere Präzision und eine gleichmäßige Oberflächenqualität bei komplexen Geometrien gewährleistet werden.

Wie wirkt sich die 5-Achsen-Bearbeitung auf die Lieferzeiten aus?

Durch die Minimierung der Spannmittelkomplexität und die Integration mehrerer Operationen in einer einzigen Aufspannung reduziert die 5-Achsen-Bearbeitung die Produktionsvorlaufzeiten erheblich.