Wie können mit der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung komplexe gekrümmte Teile in nur 48 Stunden hergestellt werden?

Im Wettbewerbsumfeld der modernen Fertigung ist die Fähigkeit, komplexe, hochpräzise Teile schnell herzustellen, ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal. In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik, der Automobilindustrie und der Elektronik steigt die Nachfrage nach komplexen Komponenten mit komplex gekrümmten Oberflächen stetig an.

Die traditionelle 3-Achsen-CNC-Bearbeitung ist zwar für einfachere Geometrien effektiv, scheitert jedoch oft an diesen Herausforderungen. Dies führt zu mehreren Aufspannungen, längeren Vorlaufzeiten und einer verringerten Genauigkeit. Hier zeigt sich die transformative Kraft der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung .

Abb. 1. Wachstumstrend von Komponenten mit gekrümmten Oberflächen in Schlüsselindustrien

Der grundlegende Vorteil der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung liegt in der Möglichkeit, ein Schneidwerkzeug oder Werkstück gleichzeitig entlang fünf verschiedener Achsen zu bewegen. Dies stellt einen deutlichen Fortschritt gegenüber der herkömmlichen 3-Achsen-Bearbeitung dar, die auf lineare Bewegungen entlang der X-, Y- und Z-Achse beschränkt ist.

Das Hinzufügen von zwei Rotationsachsen – normalerweise mit A (Rotation um X) und C (Rotation um Z) oder B und C gekennzeichnet – bietet beispiellose Flexibilität und Zugang zum Werkstück aus praktisch jedem Winkel.

Abb. 2, Kinematischer Vergleich: 3-Achsen vs. 5-Achsen

Während die Hardware die physischen Fähigkeiten bereitstellt, ist es die Software, die die Bewegungen orchestriert. Fortschrittliche CAM-Software übersetzt 3D-CAD-Modelle in optimierten G-Code und verwendet dabei:

● Vektorfeldbasierte Planung für sanfte Werkzeugwinkelübergänge

● Automatische Feature-Erkennung (Ebenen, Taschen, Freiformkurven)

● Echtzeit-Vorschub- und Geschwindigkeitsanpassung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Spanbelastung

● Vorausschauende Algorithmen zur Vermeidung abrupter Richtungswechsel

Abb. 3. Darstellung der Werkzeugwegglättung und Vorausschau

3.1 Spanfräsen (Flankenfräsen)

Verwendet die Seite des Fräsers zum Bearbeiten langer, linierter Oberflächen, wie beispielsweise Turbinenschaufeln. Dabei werden große Mengen in einem einzigen Durchgang entfernt, während gleichzeitig eine hervorragende Oberflächenqualität erhalten bleibt.

3.2 Dynamische Kombibearbeitung

Kombiniert Schruppen, Vorschlichten und Schlichten in einem kontinuierlichen Werkzeugweg und passt die Schnittparameter dynamisch im laufenden Betrieb an, um Werkzeugwechsel zu minimieren.

3.3 Adaptives Räumen + Restmaterialbearbeitung

Hält den Eingriff für aggressives Schruppen konstant aufrecht und entfernt dann automatisch das verbleibende Material mit kleineren Werkzeugen, wodurch die Voraussetzungen für eine schnelle Endbearbeitung geschaffen werden.

Abb. 4. Zykluszeitaufschlüsselung nach adaptiver Strategie

● Maschinenpark: Über 100 simultane 5-Achsen-Zentren

    ● Spindeldrehzahl: Bis zu 15.000 U/min, HSK-A63-Schnittstelle

    ● Rotationsgenauigkeit: ±0,005 mm Positionierung

    ● Werkzeugwechsler: 20+ Plätze, 3 Sekunden Span-zu-Span

    ● Software: Integriertes CAM + Digital-Twin-Verifizierung

Abb. 5. Werkstattlayout und Screenshot des digitalen Zwillings

Herausforderung

● Teil: Schrägverzahntes Zahnrad, hochfester legierter Stahl

● Toleranz: ±0,05 mm auf Zahnprofil und Bohrung

● Frist: Mittwochnachmittag → Freitagvormittag

Lösung

5-Achsen-Prozess in einer Aufspannung, der adaptives Schruppen, Walzenschlichten und Entgraten auf der Maschine kombiniert. Gesamtzyklus: 11 Std. 36 Min.

Ergebnis

3 Stunden früher geliefert; Oberflächengüte Ra 0,4 µm; alle Abmessungen innerhalb der Toleranz. Der Kunde hat planmäßig mit den Validierungstests begonnen.

Abb. 6. Zahnrad vor/nach der Bearbeitung

Durch die Kombination von simultaner 5-Achsen-Bewegung, intelligenten Werkzeugwegalgorithmen und speziell entwickelten Bearbeitungsstrategien verkürzen wir die Vorlaufzeiten routinemäßig von Wochen auf 48 Stunden, ohne dabei Abstriche bei Präzision oder Oberflächenqualität zu machen.

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