5-Achs-Bearbeitung

5-Achs-Bearbeitung (auch fünfachsige Bearbeitung, englisch 5-Axis Machining) ist ein CNC-Verfahren, meist ein Fräsen, bei dem sich das Werkzeug relativ zum Werkstück in den drei Linearachsen X, Y und Z bewegt und zugleich zwei Rundachsen die gegenseitige Neigung von Werkzeug und Werkstück verändern. Das Werkzeug erreicht das Werkstück so aus nahezu jeder Richtung, ausgenommen die Seite, an der das Teil gespannt ist.

Die Rundachsen können im Tisch liegen (Dreh-Schwenk-Tisch für kleine und mittlere Teile), im Spindelkopf (Schwenkkopf für große und schwere Werkstücke, die nicht geneigt werden sollen) oder kombiniert. Eine 5-Achs-Bearbeitung bieten auch Dreh-Fräs-Zentren mit schwenkbarer Frässpindel.

Man unterscheidet zwei Arbeitsweisen. Bei der angestellten 3+2-Bearbeitung drehen die Rundachsen das Werkstück in die benötigte Lage, werden geklemmt, und bearbeitet wird dreiachsig. So entstehen die meisten prismatischen Teile mit Elementen auf mehreren Seiten und mit schrägen Bohrungen. Bei der simultanen 5-Achs-Bearbeitung bewegen sich alle fünf Achsen gleichzeitig, und das Werkzeug folgt kontinuierlich der Formfläche. Sie wird für Schaufeln, Laufräder, Formeinsätze, Implantate und andere Freiformflächen eingesetzt.

Der Hauptnutzen sind weniger Aufspannungen und damit eine genauere Lage der Elemente zueinander (jedes Umspannen auf einer 3-Achs-Maschine bringt einen Fehler typischerweise im Bereich von Hundertstelmillimetern mit sich), weniger Vorrichtungen und eine kürzere Durchlaufzeit. Durch das Anstellen des Werkzeugs lässt sich ein kürzerer Fräser mit geringerer Auskraglänge einsetzen, der weniger schwingt und eine bessere Oberfläche hinterlässt. Ein Kugelfräser schneidet angestellt zudem nicht mit seiner Mitte, wo die Schnittgeschwindigkeit null ist.

Die 5-Achs-Bearbeitung lohnt sich bei Teilen mit Elementen auf vier oder fünf Seiten, mit schrägen Bohrungen und Flächen, bei engen Form- und Lagetoleranzen zwischen Elementen auf verschiedenen Seiten und bei Freiformflächen: Formeinsätze von Spritzgusswerkzeugen und Erodierelektroden, Schaufeln, Laufräder, formoptimierte Aluminiumteile oder Prototypen mit organischer Form. Bei Prototypen und Kleinserien senkt sie oft die Kosten, weil Konstruktion und Bau spezieller Spannvorrichtungen für jede Aufspannung entfallen.

Für einfache Teile, die von zwei Seiten bearbeitet werden (Platten, einfache Halter), ist eine 3-Achs-Maschine meist günstiger. Der Stundensatz eines 5-Achs-Zentrums ist höher und die Programmierung im CAM aufwendiger.

Auch eine 5-Achs-Maschine bearbeitet nicht die Seite, an der das Teil gespannt ist. Gefertigt wird daher oft aus einem Rohteil mit technologischer Zugabe, etwa einem Schwalbenschwanz für die Schwalbenschwanzspannung, die nach der Bearbeitung abgetrennt und in einer zweiten Operation überarbeitet wird. Eine Grenze bleibt auch die Reichweite des Werkzeugs: Tiefe, schmale Kavitäten und Hinterschnitte löst auch das Anstellen nicht, wenn kein direkter Weg für Werkzeug und Werkzeughalter hineinführt. Bei Maschinen mit Dreh-Schwenk-Tisch begrenzt gerade der Tisch Größe und Gewicht des Teils.

Freiformflächen werden mit Kugel- oder Tonnenfräsern zeilenweise geschlichtet, zwischen den Bahnen bleiben kleine Kämme stehen. Ein kleinerer Zeilenabstand ergibt eine bessere Oberfläche, aber eine längere Bearbeitungszeit, schreiben Sie geringe Rauheit daher nur dort vor, wo die Funktion sie verlangt. Simultane Bahnen erfordern eine Simulation der gesamten Maschinenkinematik im CAM und kalibrierte Rundachsen. Klären Sie in der Anfrage, ob der Lieferant nur angestellte 3+2-Bearbeitung oder echte Simultanbearbeitung anbietet, und verlangen Sie bei komplexen Formen eine Messung auf dem Koordinatenmessgerät (KMG) gegen die Bezüge der Zeichnung.