Mehrachs-CNC und fortgeschrittene Bearbeitung
Vom 3-Achs-Fräsen zu 5-Achs, Drehfräsen und In-line-Messung
Einleitung
Das grundlegende CNC-Fräsen führt das Werkzeug in drei Achsen — vor/zurück, seitlich und auf/ab. Das reicht weit, aber manche Werkstücke haben Geometrien, Winkel oder Genauigkeitsanforderungen, die eine anspruchsvollere Bearbeitung erfordern. Hier kommen Mehrachsmaschinen, das Drehfräsen und die integrierte Messung ins Spiel.
3-Achs, 4-Achs und 5-Achs
Eine 3-Achs-Maschine kann Flächen bearbeiten, die ‘nach oben’ zum Werkzeug zeigen, aber das Werkstück muss oft gewendet und neu aufgespannt werden, um alle Seiten zu erreichen — und jede neue Aufspannung birgt das Risiko, dass die Genauigkeit zwischen den Flächen leidet. Eine 4-Achs-Maschine ergänzt eine Drehachse, die das Werkstück drehen kann, während eine vollwertige 5-Achs-Maschine das Werkzeug in nahezu jedem Winkel zum Werkstück ausrichten kann. Damit lassen sich komplexe, gewölbte Flächen und schwer zugängliche Winkel in ein und derselben Aufspannung bearbeiten — das spart Zeit und gibt zugleich bessere Genauigkeit, weil das Teil zwischendurch nicht bewegt werden muss.
Drehfräsen — wenn Drehen und Fräsen zusammenkommen
Eine moderne Dreh-Fräs-Maschine (oft Mill-Turn genannt) kombiniert eine rotierende Spindel wie beim Drehen mit einem Fräswerkzeug, das sich in mehreren Achsen bewegen kann. Das bedeutet, dass ein Teil, das früher einen Durchgang auf der Drehmaschine und danach einen auf der Fräsmaschine erforderte — mit den Ungenauigkeiten, die das Umspannen zwischen zwei Maschinen mit sich bringt — jetzt in einer einzigen Aufspannung auf einer Maschine fertiggestellt werden kann. Das stellt hohe Anforderungen an Programmierung und Aufspannung, liefert dafür aber Teile mit sehr hoher Genauigkeit zwischen gedrehten und gefrästen Flächen zueinander.
| Maschinentyp | Kann bearbeiten | Typischer Vorteil |
|---|---|---|
| 3-Achs-Fräse | Flächen, die zum Werkzeug zeigen | Einfache Programmierung, bekannte Technik |
| 4-Achs-Fräse | Wie 3 Achsen plus Drehung um eine Achse | Mehr Seiten in weniger Aufspannungen |
| 5-Achs-Fräse | Komplexe, gebogene Flächen in allen Winkeln | Hohe Genauigkeit, eine Aufspannung |
| Dreh-Fräs-Zentrum (Mill-Turn) | Sowohl gedrehte als auch gefräste Details | Keine Ungenauigkeit zwischen zwei Maschinen |
Messtaster — Kontrolle in der Maschine
Viele moderne CNC-Maschinen haben einen eingebauten Messtaster, der das Werkstück berühren und genaue Koordinaten erfassen kann, während das Werkstück noch aufgespannt ist. Er wird genutzt, um den Nullpunkt automatisch zu finden, um zu kontrollieren, dass das Werkstück richtig platziert ist, und um kritische Maße direkt in der Maschine zu messen, bevor das Werkstück herausgenommen wird. Das verringert das Risiko, Zeit an ein Werkstück zu verschwenden, das sich als falsch erweist, wenn es erst hinterher an einem separaten Messgerät gemessen wird.
Wann ergibt die aufwendige Lösung Sinn?
Die Investition in Mehrachsmaschinen und In-line-Messung zahlt sich besonders bei komplexen Geometrien, hohen Genauigkeitsanforderungen zwischen Flächen oder dann aus, wenn viele Aufspannungen zu viel Zeit und Risiko kosten würden. Für einfachere Teile in großen Serien kann eine einfachere, gut eingeführte Aufspannung immer noch die effektivste Wahl sein. Der erfahrene Techniker beurteilt die Aufgabe, bevor er das Werkzeug wählt — nicht umgekehrt.
“Mehr Achsen lösen keine schlechte Planung — richtig eingesetzt können sie aber aus einer unmöglichen Aufgabe eine einfache Aufspannung machen.”