Da die Fertigungsindustrie immer höhere Anforderungen an Komplexität, Präzision und Liefergeschwindigkeit von Bauteilen stellt, genügen herkömmliche Einachs-Drehmaschinen den Bedürfnissen einer wachsenden Anzahl von Projekten nicht mehr. Insbesondere bei Bauteilen mit Seitenbohrungen, gefrästen Oberflächen, exzentrischen Strukturen, komplexen Konturen oder Mehrprozessteilen haben sich Mehrachs-CNC-Drehzentren als effizientere Lösung erwiesen.
Vereinfacht ausgedrückt basiert ein Mehrachsen-Drehzentrum auf einer herkömmlichen Drehmaschine, wobei zusätzliche Bewegungsachsen, Elektrowerkzeuge oder Gegenspindelfunktionen hinzugefügt werden, sodass die Anlage nicht nur „drehen“, sondern gleichzeitig auch Bohren, Fräsen, Gewindeschneiden, sekundäres Spannen und andere Prozesse durchführen kann.
Für die einkaufenden Kunden liegt der Wert von Mehrachsenanlagen nicht in „mehr Achsen“, sondern in Folgendem:
- Weniger Spannvorgänge
- Höhere Dimensionskonsistenz
- Kürzere Lieferzeit
- Niedrigere Gesamtherstellungskosten
- Besser geeignet für die Massenproduktion komplexer Teile
Bei Zhuohua Hardware bieten wir ausländischen Kunden seit langem Dienstleistungen im Bereich der Mehrachsen-Dreh- und Fräs-/Dreh-Verbundfertigung an und können je nach Teilestruktur, Losgröße und Budget die passende Ausrüstungslösung anbieten.
Drei-Achs-CNC-Drehzentrum
Dreiachsige CNC-Drehzentren sind in der Regel die Basisausrüstung für die meisten Standarddrehteile. Sie eignen sich für die hocheffiziente Bearbeitung verschiedener rotationssymmetrischer Teile und gehören zu den am weitesten verbreiteten Drehmaschinen in der Fertigungsindustrie.
Der Begriff „dreiachsig“ bezieht sich hier typischerweise auf Geräte mit folgenden Bewegungsfähigkeiten:
- X-Achse: Steuert die radiale Bewegung des Werkzeugs (Außendurchmesser).
- Z-Achse: Steuert die axiale Bewegung des Werkzeugs (Längenrichtung).
- C-Achse (bei einigen Modellen) oder Hilfssteuerachse: wird zur Spindelpositionierung, Winkelsteuerung oder grundlegenden Verbindungsgliederung verwendet.
Verschiedene Marken mögen leicht unterschiedliche Definitionen haben, aber die Kernlogik ist dieselbe: Verbesserung der Automatisierung und der funktionalen Erweiterungsmöglichkeiten auf der Basis des traditionellen Zwei-Achs-Drehens.
Welche Teile eignen sich für ein Drei-Achs-Drehzentrum?
Typische Anwendungsgebiete sind:
- Wellenartige Teile
- Hülsenartige Teile
- Gewindeanschluss
- Steckergehäuse
- Ventilkernkomponenten
- Zylindrische Gehäusekomponenten
Wenn die Hauptmerkmale des Bauteils in Folgendem konzentriert sind:
- Äußerer Kreis
- Innenbohrung
- Schritte
- Faden
- Fase
- Graben
Dreiachsige Anlagen sind in der Regel ausreichend effizient.
Vorteile von Triaxialgeräten
- Hohe Bearbeitungseffizienz
Für Standardstrukturbauteile bietet das Drei-Achs-Drehen kurze Zykluszeiten und eignet sich für die kontinuierliche Massenproduktion. - Gute Kostenkontrolle
Die Geräte zeichnen sich durch relativ niedrige Betriebskosten und eine geringe Programmierkomplexität aus und eignen sich daher für budgetsensible Projekte. - Ausgereifte Stabilität
Der Drei-Achs-Drehprozess ist ausgereift, und Wiederholungsaufträge weisen eine hohe Konsistenz auf. - Geeignet für mittlere bis große Bestellmengen.
Besonders geeignet ist es für langfristige Bestellungen im Umfang von mehreren Tausend bis Zehntausend Stück.
Einschränkungen von Triaxialgeräten
Drei-Achs-Maschinen arbeiten typischerweise weniger effizient, wenn die Werkstücke folgende Struktur erfordern:
- Seitliche Löcher
- Exzentrisches Loch
- Fräsen eines Flugzeugs
- Hexagonale Position
- Seitliches Klopfen
- Mehrwinkel-Verbundstruktur
Solche Projekte müssen oft zur Nachbearbeitung auf Fräsmaschinen übertragen werden, was die Spann- und Zeitkosten erhöht.
Vierachsiges CNC-Drehzentrum
Ein vierachsiges CNC-Drehzentrum ist eine Standarddrehmaschine, die durch zusätzliche Steuerachsen oder Antriebswerkzeuge in die Lage versetzt wird, seitlichere Bearbeitungen und komplexere Prozesse durchzuführen.
Der Hauptnutzen einer Vier-Achs-Maschine für den Kunden besteht darin, dass Teile, die ursprünglich „zur Hälfte auf einer Drehmaschine und zur Hälfte auf einer Fräsmaschine gefertigt werden mussten“, nun mehr Bearbeitungsschritte auf einer einzigen Maschine durchlaufen können.
Das bedeutet höhere Effizienz und gleichzeitig niedrigere Gesamtkosten.
Welche Fähigkeiten besitzen Vier-Achs-Drehzentren typischerweise?
Gängige Formen sind:
- Spindel-C-Achsen-Positioniergestänge
- Angetriebener Revolver (Drehwerkzeug)
- Y-Achsen-Zusatzbearbeitung (einige Modelle werden als Vier-Achsen-Bearbeitung klassifiziert)
- Seitliche Bohr- und Gewindeschneidkapazitäten
Die konkrete Konfiguration variiert je nach Ausrüstung, aber im Wesentlichen geht es darum, der Drehmaschine mehr „Fräsvorgänge“ zu ermöglichen.
Welche Teile eignen sich für Vier-Achs-Maschinen?
Typischer Fall:
- Wellenförmige Bauteile mit seitlichen Löchern
- Stecker mit Schraubenschlüsselposition
- Steckverbinder, die seitliches Anzapfen erfordern
- Kombinationsteile des äußeren Kreises und der Ebene
- Kleinteile wie z. B. Mehrlochflansche
Herkömmliche Anlagen erfordern mindestens zwei bis drei Spannvorgänge; Vier-Achs-Anlagen können den Prozess deutlich vereinfachen.
Vorteile von Vierachsmaschinen
- Reduzierung der Nachbearbeitung
Viele Strukturen können in einer Maschine fertiggestellt werden, wodurch der Bedarf an Transferbearbeitung reduziert wird. - Verbesserte Genauigkeit und Konsistenz:
Weniger Spannvorgänge führen zu stabilerer Koaxialität und Position. - Kürzere Lieferzeiten
Durch zentralisierte Prozesse wird die Produktionsplanung einfacher. - Besser geeignet für Teile mit mittlerer bis hoher Wertschöpfung.
Wenn der Wert eines einzelnen Teils hoch ist, liegen die Vorteile eines Vier-Achs-Systems auf der Hand.
Wie wählt man zwischen einer Vier-Achs- und einer Drei-Achs-Maschine?
Wenn die einzigen Teile sind:
- Äußerer Kreis
- Innenbohrung
- Faden
Drei-Achsen-Systeme sind im Allgemeinen wirtschaftlicher.
Wenn weitere Teile hinzugefügt werden:
- Seitliche Löcher
- Flugzeug
- Horizontaler Schlitz
- Verbundstruktur
Vierachsige Verstellung ist in der Regel kostengünstiger.
5-Achs-CNC-Drehzentrum
Fünfachsige CNC-Drehzentren bieten in der Regel ein höheres Maß an komplexen Bearbeitungsmöglichkeiten und eignen sich für die Herstellung von Teilen mit komplexen Strukturen, hohen Präzisionsanforderungen und hoher Prozesskonzentration.
Eine Sache bedarf zunächst der Klärung: Verschiedene Maschinenhersteller verwenden leicht unterschiedliche Definitionen von „Fünf-Achs“. Manche verstehen darunter eine Kombination aus Drehspindel, Y-Achse, C-Achse, Gegenspindel und Revolverkopf, während andere ein fortschrittlicheres Fräs-Dreh-System einsetzen. Für den Kunden ist jedoch nicht die Bezeichnung entscheidend, sondern ob die Maschine die Fertigung komplexer Teile in einem Arbeitsgang ermöglicht.
Vereinfacht ausgedrückt ist ein Fünf-Achs-CNC-Drehzentrum eine Maschine, die es ermöglicht, mehrere Maschinen, mehrere Spannvorgänge und mehrere Prozesse so weit wie möglich durch eine einzige Maschine zu ersetzen.
Welche Teile eignen sich für ein Fünf-Achs-Drehzentrum?
Typische Projekte umfassen:
- Komplexe Wellenteile für die Luft- und Raumfahrt
- Teile von medizinischen Implantaten
- Mehrwinkelverbinder und Ventilkörper
- Hochpräzise Sensorstrukturkomponenten
- Roboterbewegungskomponenten
- Vielseitige Verbundteile
Diese Teile weisen häufig folgende Eigenschaften auf:
- Anforderungen an den Außendurchmesser
- Exzentrische Lochposition
- Mehrwinkelbohrung
- Fräsen von planaren Strukturen
- Eigenschaften der Gewindekombination
- Hohe Koaxialitätsanforderungen
Werden weiterhin traditionelle Verfahren angewendet, sind in der Regel mehrere Maschinen erforderlich, um den Prozess abzuschließen, was das Verarbeitungsrisiko erheblich erhöht.
Die wichtigsten Vorteile von Fünf-Achs-Maschinen
1. Mehrere Prozesse in einem einzigen Setup abschließen
Die Fünf-Achs-Anlage kann die Aufgabe in einer einzigen Aufspannung erledigen:
- Bohren des inneren Lochs
- Bohren
- Klopfen
- Fräsen eines Flugzeugs
- Mehrwinkel-Seitenlochbearbeitung
Dies ist für eine präzise Steuerung von entscheidender Bedeutung.
2. Verbessert die Präzision komplexer Teile erheblich.
Jeder zusätzliche Spannvorgang erhöht das Risiko von Positionierungsfehlern. Fünf-Achs-Maschinen können dies durch Prozesszentralisierung deutlich verbessern:
- Koaxialität
- Position
- Vertikalität
- Wiederholbarkeit
3. Den gesamten Fertigungszyklus verkürzen.
Obwohl der Stundenlohn pro Maschine höher ist, ist die Gesamtlieferzeit oft kürzer, da sich die Zeit für Maschinenwechsel, Wartezeiten, Transport und Inspektion verringert.
4. Besser geeignet für hochwertige Teile
Wenn der Stückpreis der Teile hoch ist und die Ausfallkosten hoch sind, sind Fünf-Achs-Maschinen in der Regel wirtschaftlicher.
Welche Beschaffungsstrategie eignet sich für Fünf-Achs-Maschinen?
Wenn Ihr Projekt die folgenden Merkmale aufweist, empfehlen wir Ihnen, die Evaluierung einer Fünf-Achsen-Lösung zu priorisieren:
- Komplexe Komponentenstruktur
- Strenge Toleranzanforderungen
- Mittlere bis hohe Losgrößen
- Enger Projektlieferplan
- Hohe Anforderungen an die Montagegenauigkeit
Wenn man bei einem solchen Projekt nur den Stückpreis für die Bearbeitung einer einzelnen Maschine betrachtet, kann man leicht die falsche Entscheidung treffen.
Wie man die Kosten für Mehrachsenanlagen senken kann
Wenn viele potenzielle Käufer „drei Achsen, vier Achsen, fünf Achsen“ sehen, ist ihre erste Reaktion: Je mehr Achsen, desto teurer.
Diese Aussage ist nur teilweise richtig. Zwar weisen Mehrachsenanlagen typischerweise höhere Bearbeitungskosten pro Maschine auf, die Gesamtprojektkosten sind jedoch oft niedriger. Die Fertigungskosten lassen sich nicht allein anhand der Maschinenstundensätze bestimmen; die gesamten Prozesskosten müssen ebenfalls berücksichtigt werden.
1. Reduzierung der Anzahl der Spannvorgänge = Reduzierung der Arbeitskosten
Der traditionelle Verarbeitungsablauf könnte wie folgt aussehen:
- Bearbeitung des Außendurchmessers auf einer Drehbank
- Bohren von Löchern mit einer Transferfräsmaschine
- Den Wasserhahn wieder festklemmen.
- Zweitinspektion
Jeder Schritt beinhaltet:
- Bedienerzeit
- Lade- und Entladezeit
- Wartezeit in der Warteschlange
- Umpositionierungszeit
Mehrachsige Anlagen können mehrere Arbeitsschritte in einer Werkzeugmaschine integrieren und so die Arbeits- und Verwaltungskosten direkt senken.
2. Reduzierung der Ausschussquote = Reduzierung versteckter Verluste
Das Schlimmste an komplexen Bauteilen ist nicht die langsame Bearbeitung, sondern dass sie am Ende verschrottet werden.
- Versatz der zweiten Klemmposition
- Das Loch ist nicht konzentrisch zum äußeren Kreis.
- Planarer Winkelfehler
- Der kumulative Maßfehler überschreitet die Toleranz.
Mehrachsige Maschinen können wichtige Bearbeitungsschritte in einer einzigen Aufspannung durchführen und so die Ausschussquote deutlich senken. Diese Kosten werden vom Einkauf oft übersehen, ihre tatsächlichen Auswirkungen sind jedoch erheblich.
3. Kürzere Lieferzeit = geringere Projektkosten
Bei Verzögerungen in der Teilelieferung können für Kunden folgende Probleme entstehen:
- Wartendes Montageband
- Projektverzögerung
- Börsennotierung verschoben
- Notfall-Luftfrachtkosten
Mehrachsige Anlagen können Aufträge in der Regel schneller abwickeln, da der Prozess kürzer und die Planung konzentrierter ist.
4. Großbestellungen bieten mehr Vorteile
Wenn die Bestellmenge steigt auf:
- 1.000 Stück
- 5.000 Stück
- Mehr als 10.000 Stück
Die Einsparung weniger Minuten Arbeitszeit pro Werkstück summiert sich zu einem erheblichen Kostenunterschied. Mehrachsige Bearbeitungsmaschinen eignen sich besonders für Projekte mit mittleren bis hohen Stückzahlen und komplexen Bauteilen.
5. Reduzierung der Komplexität der Lieferkette
Falls ein Teil separat beschafft werden muss:
- Drehfabrik
- Fräsfabrik
- Zahnärztliches Outsourcing
- Auslagerung der Tests
Die Verwaltungskosten werden weiter steigen. Mehrachsige Anlagen können in Verbindung mit einem Komplettanbieter die Auslagerung von Prozessschritten und die damit verbundenen Kommunikationsrisiken reduzieren.
Warum müssen komplexe Teile auf mehreren Achsen bearbeitet werden?
Viele Kunden gehen in den frühen Phasen der Produktentwicklung davon aus, dass sich jedes Teil in mehrere Prozesse unterteilen und schrittweise herstellen lässt.
Theoretisch trifft diese Aussage oft zu; in der Praxis der Fertigung hingegen, wenn komplexe Teile weiterhin mit traditionellen Mehrfachspannmethoden bearbeitet werden, treten häufig Probleme wie hohe Kosten, mangelnde Präzision, lange Lieferzeiten und eine hohe Ausschussquote auf.
Aus diesem Grund entscheiden sich immer mehr anspruchsvolle Fertigungsprojekte für mehrachsige CNC-Drehzentren. Die Mehrachsenbearbeitung ist keine „High-End-Konfiguration“, sondern vielmehr eine praktische Lösung für komplexe Bauteile.
Welche Arten von Bauteilen gelten als komplexe Bauteile?
Es weist typischerweise eine oder mehrere der folgenden Eigenschaften auf:
- Äußerer Kreis + planare Kombinationsstruktur
- Mehrwinkellöcher
- Exzentrische Bohrungen oder exzentrische Profile
- Vielschichtige Verarbeitungsanforderungen
- Strenge Koaxialitätsanforderungen
- Mehrere Gewindekombinationen
- Dünnwandige Struktur
- Tieflochstruktur
- Ein Bauteil enthält sowohl Dreh- als auch Fräsfunktionen.
Zum Beispiel:
- Medizinische Anschlüsse
- Hydraulikventilgehäuse
- Robotergelenkkomponenten
- Strukturbauteile für Luft- und Raumfahrtwellen
- Hochwertiges Sensorgehäuse
- Verbundwellen für automatisierte Anlagen
Werden diese Teile mit einer herkömmlichen Drehmaschine und anschließendem Fräsen bearbeitet, treten die Probleme typischerweise nach und nach auf.
1. Wiederholtes Einspannen führt zur Anhäufung von Fehlern.
Das häufigste Problem bei komplexen Bauteilen ist die Notwendigkeit wiederholter Maschinenwechsel für die Bearbeitung:
- Der äußere Umfang des ersten Ausrüstungsfahrzeugs
- Fräsen der Ebene mit der zweiten Maschine
- Das dritte Gerät bohrt ein seitliches Loch.
- Der vierte Schritt ist das Antippen.
Jedes erneute Einspannen führt zu neuen Positionierungsfehlern.
Die möglichen Ergebnisse sind wie folgt:
- Versatz der Lochposition
- Planarer Winkelfehler
- Koaxialität außerhalb der Toleranz
- Kumulativer Dimensionsfehler
Bei hochpräzisen Bauteilen ist dieses Risiko inakzeptabel.
2. Die manuelle Bedienung komplexer Strukturen ist ineffizient.
Je komplexer die Struktur, desto mehr ist die traditionelle Verarbeitung auf erfahrene Handwerker für manuelle Anpassungen angewiesen.
- Finde die richtige Position
- Die Vorrichtung modifizieren
- Mehrere Kalibrierungen
- Wiederholen Sie die Werkzeugeinstellung.
Dies wird zu Folgendem führen:
- Langsames Tempo
- Hohe Arbeitskosten
- Mangelnde Stabilität
- Qualitätsschwankungen bei unterschiedlichen Zugfahrplänen
Mehrachsige Anlagen eignen sich dank programmierter Gelenksteuerung besser für die stabile Reproduktion und Produktion komplexer Strukturen.
3. Die Wahrscheinlichkeit des Verschrottens verringern
Ein häufiges Szenario bei hochwertigen Teilen ist, dass 80 % der vorherigen Arbeitsschritte abgeschlossen sind, aber das letzte Seitenloch falsch positioniert ist, wodurch das gesamte Teil unbrauchbar wird.
Insbesondere die folgenden Materialien:
Teure Materialien und lange Bearbeitungszeiten führen zu erheblichen Verlusten, wenn Teile Ausschuss müssen. Die Mehrachsenbearbeitung ermöglicht es, kritische Merkmale in einem einzigen Arbeitsgang zu bündeln und so die Ausschusswahrscheinlichkeit in späteren Bearbeitungsschritten effektiv zu reduzieren.
4. Genauigkeit der relativen Position
Viele Kundenteile werden nicht einzeln verwendet, sondern in die Gesamtmontage der Maschine integriert.
- Robotergelenkkomponenten
- Verbindungsstruktur für medizinische Geräte
- Automatisiertes Antriebssystem
- Ventildichtungsbaugruppe
Selbst wenn die Abmessungen solcher Teile korrekt sind, können instabile Lochpositionen dennoch zu Folgendem führen:
- Montageschwierigkeiten
- Ungewöhnliches Geräusch
- Dichtungsausfall
- Verkürzte Lebensdauer
Mehrachsige Anlagen erleichtern die Kontrolle der relativen Positionsgenauigkeit zwischen den Elementen.
5. Wiederholgenauigkeit bei der Massenproduktion komplexer Teile
Viele Fabriken können Muster herstellen, aber die Massenproduktion ist die eigentliche Bewährungsprobe.
Sind die Bauteile komplex und beruht der Herstellungsprozess auf menschlicher Erfahrung, treten bei der Massenproduktion häufig folgende Probleme auf:
- Der erste Punkt war in Ordnung, aber die nachfolgenden Probleme waren erheblich.
- Die Qualität der Nachtschicht hat nachgelassen
- Signifikante Unterschiede zwischen den Chargen
Mehrachsige Anlagen eignen sich besser für standardisierte Massenproduktionsprozesse, da sie die Herstellung komplexer Teile ermöglichen, die reproduzierbar und lieferbar sind.
Wie Zhuohua Hardware komplexe Teileprojekte abwickelt
Wenn wir mit komplexen Zeichnungen konfrontiert werden, lautet unsere erste Beurteilung nicht „Ist das möglich?“, sondern vielmehr:
- Welche Ausrüstungsroute ist am stabilsten?
- Welches Verfahren hat die niedrigsten Gesamtkosten?
- Welche Lösung eignet sich am besten für die anschließende Massenproduktion?
Die Vereinbarungen können je nach Projektbedarf getroffen werden:
- Dreiachsige wirtschaftliche Lösung (Standardstrukturbauteile)
- Vierachsige Effizienzlösung (Seitenloch/flaches Teil)
- Fünfachsige Hochpräzisionslösung (komplexe Verbundstrukturbauteile)
Wenn Sie Zeichnungen von komplexen Wellen, Verbindungsstücken, Ventilkörpern, Roboterteilen oder mehrteiligen Strukturbauteilen haben, kann Zhuohua Hardware Sie bei der Beurteilung ihrer Eignung für die Mehrachsenbearbeitung unterstützen und Ihnen bessere Fertigungslösungen und Preisvorschläge unterbreiten.