5-Achs-CNC-Bearbeitung vs. 3+2-Achs-Bearbeitung: Kosten-Nutzen-Analyse für komplexe Luft- und Raumfahrtbauteile

Erfahren Sie mehr über die entscheidenden Unterschiede zwischen 5-Achs- und 3+2-Achs-CNC-Bearbeitung für Luft- und Raumfahrtkomponenten. Eine umfassende Kosten-Nutzen-Analyse zeigt, welche Mehrachsen-Bearbeitungslösung den optimalen ROI für komplexe Flugzeugteile, Verteidigungskomponenten und die Fertigung mit engen Toleranzen bietet.

Bei der Fertigung komplexer Luft- und Raumfahrtkomponenten mit anspruchsvollen Geometrien und kritischen Toleranzen hat die Wahl der richtigen CNC-Bearbeitungsstrategie direkten Einfluss auf Wirtschaftlichkeit, Produktionszeit und Teilequalität. Als Partner für Präzisionsbearbeitung für Luft- und Raumfahrt-OEMs und Tier-1-Zulieferer in den USA, Europa und Australien unterstützen wir unsere Kunden regelmäßig bei der wichtigen Entscheidung zwischen kontinuierlicher 5-Achs-CNC-Bearbeitung und 3 +2-Achs-Positionsbearbeitung (oft auch 5-Seiten-Bearbeitung genannt).

Diese Analyse bietet Luft- und Raumfahrtingenieuren sowie Einkaufsmanagern einen datengestützten Rahmen für die Auswahl der kosteneffektivsten Mehrachsen-Bearbeitungslösung für ihre spezifische Anwendung.

Echte 5-Achs-CNC-Bearbeitung: Kontinuierliche simultane Steuerung

Die simultane 5-Achs-Bearbeitung beinhaltet die kontinuierliche Echtzeitbewegung aller fünf Achsen.

Achsen (X, Y, Z sowie Drehachsen A/B oder A/C) während der Schneidvorgänge. Das Werkzeug

hält den Kontakt mit der Bauteiloberfläche in optimalen Winkeln konstant aufrecht und ermöglicht so

Bearbeitung komplexer, konturierter Oberflächen in einer einzigen Aufspannung.

Hauptmerkmale:

• Kontinuierliche Werkzeugwegsteuerung für komplexe gekrümmte Oberflächen
• Die Bearbeitung tiefer Kavitäten und Hinterschnitte ist mit 3+2 Achsen nicht möglich.
• Hochwertige Oberflächenveredelungen auf konturierten Geometrien für die Luft- und Raumfahrt
• Ideal für: Turbinenschaufeln, Laufräder, Strukturbauteile für Tragflächen, Triebwerksgehäuse

3+2-Achs-CNC-Bearbeitung: Positionsorientiertes Verfahren

Die 3+2-Achs-Bearbeitung (positionelle 5-Achs-Bearbeitung) positioniert das Werkzeug in einem festen Winkel, dann

Führt einen herkömmlichen 3-Achs-Werkzeugweg aus. Die Drehachsen arretieren während des Schneidens.

ermöglicht den Zugang zu fünf Seiten des Bauteils ohne manuelle Neupositionierung.

Hauptmerkmale:

• Deutlich reduzierte Rüstzeiten im Vergleich zur 3-Achs-Bearbeitung
• Zugriff auf mehrere Teileflächen in einer einzigen Einrichtung
• Geringere Maschinen- und Programmierkosten
• Ideal für: Halterungen, Gehäuse, Tragrahmen, Verteiler mit abgewinkelten Merkmalen

1. Anfangsinvestition & Maschinenstundensätze

Fazit : Bei Prototypen (1–5 Teile) bietet die 3+2-Achs-Bearbeitung typischerweise 30–40 % niedrigere Stückkosten. Bei Serien (ab 50 Teilen) rechtfertigen die Effizienzgewinne der 5-Achs-Bearbeitung häufig den höheren Preis.

2. Betriebskostentreiber in der Luft- und Raumfahrtindustrie

Materialeffizienz:

• 5-Achs-Bearbeitung : 15–25 % Materialeinsparung durch optimierte Teileausrichtung und reduzierten Lagerbedarf
• 3+2Standardmäßige Materialausnutzung, aber überlegen gegenüber mehreren 3-Achs-Aufbauten

Zykluszeitvergleich:

Unsere internen Daten für eine typische Titan-Luft- und Raumfahrthalterung (300 mm x 150 mm):

• 5-Achsen-Simultanbearbeitung: 4,2 Stunden (Einzelaufspannung)
• 3+2 Achsen : 6,8 Stunden (2 Einrichtungsvorgänge + 45 Minuten Neupositionierung)
• Konventionelle 3-Achs-Bearbeitung : 11,5 Stunden (4 Aufspannungen)

Arbeits- und Qualitätskontrolle:

• Die Bearbeitung von 5 Achsen in einer einzigen Aufspannung reduziert die Anzahl der Qualitätskontrollpunkte um 60 %, was für die Einhaltung der AS9100-Norm entscheidend ist.
• Die 3+2-Achsen-Prüfung erfordert eine Zwischenprüfung zwischen den Ausrichtungen.
• Fehlerreduzierung: 5-Achsen-Bearbeitung eliminiert Toleranzabweichungen von 0,002"-0,005" aus mehreren Aufspannungen

3. Präzision und Qualität: Einhaltung der Toleranzen der Luft- und Raumfahrtindustrie

Toleranzleistung:

• 5-Achsen: Gewährleistet Toleranzen von ±0,0005 Zoll auf komplexen, gekrümmten Oberflächen; entscheidend für aerodynamische Profile
• 3+2: Erreicht eine Genauigkeit von ±0,001" auf ebenen Oberflächen; geeignet für Strukturbauteile

Auswirkungen der Oberflächenbeschaffenheit:

• Die 5-Achs-Bearbeitung verbessert die Oberflächengüte um 30–50 % (Ra 16–32 μin) durch optimierten Werkzeugeingriff.
• Reduziert die Nachbearbeitungsschritte für Aluminium-Luft- und Raumfahrtkomponenten um 70 %
• Entscheidender Vorteil für ermüdungsanfällige Flugzeugteile

4. Lieferzeit- und Markteinführungszeitüberlegungen

Auswirkungen auf den Zeitplan des Luft- und Raumfahrtprogramms:

Für Projekte zur Einführung neuer Produkte (NPI) :

• Die 5-Achs-Bearbeitung beschleunigt die Auslieferung des ersten Artikels um 5-10 Tage.
• Eliminiert 2-3 Genehmigungszyklen, die in 3+2-Achsen-Workflows erforderlich sind.
• Entscheidender Vorteil für Verteidigungsaufträge mit strengen Meilensteinvorgaben

Produktionshochlauf:

5-Achs-Bearbeitung : Schneller, sobald das Programm erprobt ist; ideal für Produktionsvolumina >100 Teile/Jahr

3+2:Schnellere Programmierdurchlaufzeiten für Designiterationen während der Entwicklungsphase

Wählen Sie die 5-Achs-Simultanbearbeitung, wenn:

✓ Herstellung von profilierten Tragflächen (Lüfterschaufeln, Verdichterschaufeln)

✓ Die Toleranzen sind enger als ±0,001" auf 3D-Oberflächen

✓ Für die Qualitätssicherung ist eine einmalige Aufspannung des Bauteils erforderlich.

✓ Das Material ist eine exotische Legierung (Inconel 718, Titan Ti-6Al-4V), bei der durch Reduzierung der Rüstzeiten der Abfall minimiert wird.

✓ Jährliches Produktionsvolumen übersteigt 50 Einheiten

✓ Die Anforderungen der AS9100-Erstmusterprüfung (FAI) fordern minimale Prozessabweichungen.

Wählen Sie die 3+2-Achs-Bearbeitung, wenn:

✓ Das Teil ist prismatisch mit abgewinkelten Löchern/Flächen (die Mehrheit der Halterungen in der Luft- und Raumfahrtindustrie)

✓ Aus Budgetgründen ist ein möglichst niedriger Stückpreis für Prototypen erforderlich.

✓ Das Design ist noch nicht endgültig festgelegt und häufige Programmänderungen sind zu erwarten.

✓ Geringe Stückzahlen (1-10 Stück) für F&E- oder MRO-Anwendungen

✓ Die Lieferzeit ist flexibel und mehrere Setups sind akzeptabel

✓ Die Komponentenklassifizierung lautet: Nicht flugkritisches Strukturelement

Fallstudie 1: Turbinenschaufel (Inconel 713C)

Herausforderung : Komplexe Kühlkanäle, Profiltoleranz ±0,0008 Zoll

Lösung : 5-Achs-Simultanbearbeitung

Ergebnis: 42 % Zykluszeitreduzierung gegenüber 3+2 Achsen; Erstzulassungsprüfung (FAI) für die Luft- und Raumfahrt im ersten Anlauf bestanden; 12.400 US-Dollar/Teil bei Serienfertigung

Fallstudie 2: Flügelklappen-Stützhalterung (7075-T6 Aluminium)

Herausforderung : 23 Bohrungen in verschiedenen Winkeln, ±0,002" wahre Position

Lösung : 3+2-Achs-Bearbeitung

Ergebnis: Optimale Kosten von 890 $/Teil für eine Prototypenserie von 15 Stück; Lieferzeit 18 Tage; alle strukturellen Anforderungen erfüllt.

Clevere Luft- und Raumfahrtzulieferer setzen zunehmend auf Hybridstrategien:

1. Prototyping-Phase : Verwenden Sie 3+2 Achsen zur Designvalidierung und Kostenkontrolle.

2. Vorproduktion : Validierung des finalen Designs auf einer 5-Achs-Maschine zur Optimierung der Werkzeugwege

3. Produktion : Bei qualifizierten Programmen auf 5-Achsen-Fertigung setzen, um den Durchsatz zu maximieren.

Dieser Ansatz reduziert die Kosten für die Produkteinführung um 25-35 % und gewährleistet gleichzeitig die Produktionsbereitschaft.

Fallstudie 2: Flügelklappen-Stützhalterung (7075-T6 Aluminium)

Herausforderung : 23 Bohrungen in verschiedenen Winkeln, ±0,002" wahre Position

Lösung : 3+2-Achs-Bearbeitung

Ergebnis: Optimale Kosten von 890 $/Teil für eine Prototypenserie von 15 Stück; Lieferzeit 18 Tage; alle strukturellen Anforderungen erfüllt.

Bei der Bewertung von Lieferanten für die mehrachsige Bearbeitung in der Luft- und Raumfahrtindustrie sollten Sie Folgendes überprüfen:

Wichtige Qualifikationen:

• AS9100D-Zertifizierung mit CNC-Bearbeitungsbereich
• NADCAP-Akkreditierung für spezielle Verfahren (falls erforderlich)
• ITAR-Registrierung für US-Verteidigungsarbeiten
• Erfahrung mit Ihrer spezifischen Luft- und Raumfahrtlegierung
• Qualitätsdaten : Cpk-Werte, Ausbeute im ersten Durchgang

Technische Fähigkeiten:

• Genauigkeitsprüfung von Werkzeugmaschinen (Kugelstangenprüfung, Laserkalibrierung)
• MasterCam-/Siemens-NX- Programmierkenntnisse
• Kollisionsvermeidungssimulationssoftware
• Prozessbegleitende Prüfung zur Überprüfung der Einrichtung

Fragen an Ihren Lieferanten:

1. „Wie hoch ist Ihre Ausbeute beim ersten Fertigungsdurchgang für 5-Achs-Komponenten für die Luft- und Raumfahrt?“

2. „Können Sie CMM-Daten aus der Fertigung zusammen mit AS9102-FAI-Berichten bereitstellen?“

3. „Wie optimiert man Werkzeugwege für dünnwandige Luft- und Raumfahrtstrukturen?“

4. „Wie lange ist Ihre Lieferzeit für 5-Achs- und 3+2-Achs-Bearbeitungszentren?“

Für Luft- und Raumfahrtprogramme gibt es keinen Universalanbieter – nur das richtige Werkzeug für Ihre spezifische Anwendung. Unsere Analyse zeigt:

• Die simultane 5-Achs-Bearbeitung bietet einen überlegenen ROI für komplexe Konturteile, Produktionsvolumina und Anwendungen mit engen Toleranzen in der Luft- und Raumfahrt, trotz 40-60% höherer Stundensätze.
• Die 3+2-Achs-Bearbeitung bleibt die kostengünstigste Lösung für prismatische Bauteile, Prototypen und budgetbeschränkte Projekte und bietet Einsparungen von 30–50 % bei kleinen Stückzahlen.

Der entscheidende Faktor? Die Zusammenarbeit mit einem Bearbeitungslieferanten , der transparente Beratung auf Basis Ihrer Teilegeometrie, Toleranzanforderungen und des Projektstands bietet – und nicht mit einem, der die teuerste Technologie forciert.

Xiamen F&Q Technology Co., Ltd.

Mit über 18 Jahren Erfahrung in der Präzisionsbearbeitung für die Luft- und Raumfahrtindustrie

Wir bedienen Kunden weltweit und bieten eine vollständige Palette von 3-Achs-, 3+2-Achs- und

Kontinuierliche 5-Achs-CNC-Bearbeitungszentren. Unsere AS9100D-zertifizierte Anlage

spezialisiert auf Komponenten aus Aluminium, Titan und Nickellegierungen für

Anwendungen in der kommerziellen Luftfahrt, Verteidigung und Raumfahrt. Von schnellen

Vergleichsübersicht (Infografik)

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Von Prototypen bis hin zu Produktionsvolumina von über 10.000 Teilen jährlich – wir

Wir liefern Bearbeitungsprozesse in Luft- und Raumfahrtqualität mit wettbewerbsfähigen Lieferzeiten.

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Anforderungen und Budgetbeschränkungen.

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