Was ist eine zweiachsige CNC-Werkzeugmaschine?
Eine zweiachsige CNC-Werkzeugmaschine ist eine Werkzeugmaschine, die nur zwei Bewegungsachsen besitzt und von einem computergesteuerten numerischen Steuerungssystem gesteuert wird.
Der Begriff „zweiachsig“ bezieht sich hier nicht auf die Größe oder Leistungsfähigkeit der Werkzeugmaschine, sondern darauf, dass die Werkzeugmaschine während des Bearbeitungsprozesses nur kontrollierte Bewegungen in zwei Richtungen ausführen kann.
Bei der CNC-Bearbeitung bezeichnet eine „Achse“ die Richtung, in der sich eine Werkzeugmaschine oder ein Schneidwerkzeug bewegen kann.
Wenn sich eine Werkzeugmaschine nur in zwei Achsen bewegen kann, wird sie als zweiachsige CNC-Werkzeugmaschine bezeichnet.
Typischerweise sind diese beiden Achsen:
- X-Achse: Lineare Bewegung in horizontaler Richtung
- Y-Achse oder Z-Achse: Eine weitere zueinander senkrechte gerade Linie
Durch die Koordination dieser beiden Achsen kann die Werkzeugmaschine die Position des Schneidwerkzeugs relativ zum Werkstück steuern und so Bearbeitungsvorgänge an einfachen, planaren oder linearen Merkmalen durchführen.
Es sei darauf hingewiesen, dass zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen die einfachste Art der CNC-Bearbeitung darstellen.
Sie kann die Bearbeitungsanforderungen bestimmter Teiletypen erfüllen, hat aber auch natürliche Grenzen hinsichtlich Bearbeitungskapazität und Flexibilität. Aus diesem Grund wurden drei-, vier- und sogar fünfachsige CNC-Werkzeugmaschinen entwickelt.
Strukturelle Beschreibung einer zweiachsigen CNC-Werkzeugmaschine
Die Gesamtkonstruktion einer zweiachsigen CNC-Werkzeugmaschine basiert auf Einfachheit, Stabilität und leichter Bedienbarkeit. Ihr Konstruktionszweck besteht darin, der Werkzeugmaschine eine kontrollierbare, wiederholbare und präzise Linearbewegung in zwei Richtungen zu ermöglichen.
Eine zweiachsige CNC-Werkzeugmaschine besteht typischerweise aus folgenden Teilen:
Fundamentstruktur für Werkzeugmaschinen
Zu den grundlegenden Komponenten einer Werkzeugmaschine gehören im Wesentlichen das Maschinenbett und die Stützkonstruktion, die dazu dienen, das Gewicht der gesamten Maschine zu tragen und die während des Bearbeitungsprozesses entstehenden Schnittkräfte aufzunehmen.
Das Bett besteht in der Regel aus Gusseisen oder hochfestem Stahl. Der Fokus liegt nicht auf einer komplexen Konstruktion, sondern auf Steifigkeit und Stabilität. Ein stabiles Fundament ist Voraussetzung für den reibungslosen Betrieb der beiden Bewegungsachsen.
Zwei Bewegungsachsensysteme
Das Herzstück einer zweiachsigen CNC-Werkzeugmaschine sind zwei zueinander senkrechte Bewegungsachsen, die üblicherweise wie folgt kombiniert werden:
- X-Achse: Lineare Bewegung in horizontaler Richtung
- Y-Achse oder Z-Achse: Lineare Bewegung in einer anderen vertikalen Richtung
Diese beiden Achsen ermöglichen über Führungsschienen und Übertragungsmechanismen die Bewegung des Arbeitstisches oder Werkzeugs innerhalb einer Ebene.
Werkzeugmaschinen können sich nur in diesen beiden Richtungen bewegen, daher ist der Bearbeitungsweg auf einen zweidimensionalen oder linearen Bereich beschränkt.
Spindel- und Werkzeugaufnahmebereich
Die Spindel dient zur Aufnahme der Schneidwerkzeuge und zur Bereitstellung der Drehantriebskraft.
Bei zweiachsigen CNC-Werkzeugmaschinen ist die Spindelkonstruktion in der Regel einfacher gehalten und konzentriert sich eher auf Drehzahlstabilität und grundlegende Steifigkeit als auf komplexe Mehrwinkel-Verstellmöglichkeiten.
Das Schneidwerkzeug wird mittels eines Spannfutters oder einer einfachen Spannvorrichtung fixiert, um die grundlegenden Bearbeitungsanforderungen zu erfüllen.
CNC-Steuerungs- und Antriebssystem
Eine zweiachsige CNC-Werkzeugmaschine steuert die Bewegung zweier Achsen über ein numerisches Steuerungssystem.
Das Steuerungssystem koordiniert die Bewegungssequenz, Geschwindigkeit und Position der beiden Achsen gemäß dem Bearbeitungsprogramm, um die voreingestellte Bearbeitungstrajektorie zu erreichen.
Der Antriebsmechanismus wird üblicherweise durch einen Motor in Verbindung mit Getriebekomponenten realisiert, der eine relativ einfache Struktur aufweist und leicht zu bedienen und zu warten ist.
Unterstützungssystem (kurz)
Um den ordnungsgemäßen Betrieb der Werkzeugmaschine zu gewährleisten, werden außerdem grundlegende Hilfssysteme bereitgestellt, wie zum Beispiel:
- Kühlvorrichtung zur Reduzierung der Temperatur der Schneidzone
- Schmiersystem zur Reduzierung des Verschleißes an beweglichen Teilen
Diese Systeme sind für die Erfüllung grundlegender Verarbeitungsanforderungen ausgelegt und streben keine komplexen Konfigurationen an.
Zusammenfassend lassen sich die strukturellen Merkmale einer zweiachsigen CNC-Werkzeugmaschine wie folgt darstellen: klare Struktur, klar definierter Bewegungspfad und auf präzise Steuerung in zwei Richtungen ausgerichtete Funktionen.
Aufgrund dieser strukturellen Eigenschaft eignet es sich eher für die Ausführung bestimmter Bearbeitungsaufgaben als für die Bearbeitung komplexer dreidimensionaler Teile.
Teilearten, die mit einer zweiachsigen CNC-Werkzeugmaschine bearbeitet werden können
Da zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen nur kontrollierte Bewegungen in zwei Richtungen ausführen können, konzentrieren sich ihre Bearbeitungsmöglichkeiten hauptsächlich auf Teile mit einfachen Strukturen und regelmäßigen geometrischen Merkmalen. Diese Werkzeugmaschinen eignen sich besser für die Bearbeitung von Grundformen als für komplexe dreidimensionale Strukturen.
Aufgrund der Eigenschaften der Teile eignen sich zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen im Allgemeinen für die folgenden Kategorien.
Wellenteile
Für wellenförmige Bauteile mit regelmäßigen Strukturen und vorwiegend rotationssymmetrischer Struktur können zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen grundlegende Bearbeitungsvorgänge durchführen, wie zum Beispiel:
- Außendurchmesserbearbeitung
- Endflächenbearbeitung
- Einfache Schlitz- oder Gewindefunktion
Diese Teile zeichnen sich dadurch aus, dass sie klare Bearbeitungswege aufweisen, die hauptsächlich auf linearen und tangentialen Bewegungen basieren.
Scheibenförmige Teile
Scheibenförmige Teile haben typischerweise ebene Endflächen und regelmäßige Konturformen.
Unter Zweiachsensteuerungsbedingungen kann Folgendes erreicht werden:
- Endflächenbearbeitung
- Kreiskonturbearbeitung
- Bohren oder einfaches Nuten
Zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen können jede Aufgabe bewältigen, solange die Geometrie des Werkstücks keine komplexen räumlichen Winkel aufweist.
planare Teile
Für Bauteile, deren Hauptmerkmal eine ebene Oberfläche ist, wie z. B. platten- oder rahmenartige Strukturen, können zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen eingesetzt werden:
- Planfräsen
- Schrittverarbeitung
- Bearbeitung von Grundbohrungen
Der Bearbeitungsprozess wird in einer einzigen Ebene abgeschlossen, wodurch die Anforderungen an die Bewegungssteuerung relativ einfach sind.
Einfache Umrissteile
Besteht die Form eines Bauteils aus geraden Linien oder einfachen Bögen, kann eine zweiachsige CNC-Werkzeugmaschine die grundlegende Konturbearbeitung mittels axialer Verbindung durchführen. Diese Bauteile weisen typischerweise keine komplexen gekrümmten Oberflächen oder multidirektionale Merkmale auf.
Im Allgemeinen weisen die Teile, für deren Bearbeitung sich zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen eignen, eine gemeinsame Eigenschaft auf: regelmäßige Form, einfache Struktur und ein hauptsächlich zweidimensionaler Bearbeitungspfad.
Wenn die Struktur eines Bauteils mehrere Winkel, Ebenen oder komplexe, gekrümmte Oberflächen aufweist, ist eine CNC-Werkzeugmaschine mit einer höheren Achsenanzahl erforderlich. Aus diesem Grund wird die Achsenanzahl in der CNC-Bearbeitung ständig erhöht.
Anwendungsszenarien von zweiachsigen CNC-Werkzeugmaschinen
Zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen werden hauptsächlich in Produktionsszenarien eingesetzt, in denen der Bearbeitungsinhalt klar definiert und die Struktur relativ einfach ist.
Zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen haben nach wie vor einen praktischen Nutzen, wenn sich die Bearbeitungsaufgaben auf eine Ebene oder eine Grundkontur konzentrieren und die Anforderungen an die Mehrwinkelverbindung nicht hoch sind.
Gängige Anwendungsszenarien konzentrieren sich hauptsächlich auf die folgenden Bereiche.
Grundlegende Bearbeitung von mechanischen Teilen
In der mechanischen Fertigung werden häufig zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen zur Bearbeitung von Teilen mit regelmäßigen Strukturen eingesetzt, wie zum Beispiel:
- Grundformbearbeitung von Wellenteilen
- Bearbeitung von Stirnflächen und Bohrungen in scheibenförmigen Teilen
- Bearbeitung von Ebenen, Stufen oder Löchern in plattenartigen Teilen
Diese Teile zeichnen sich durch klare Bearbeitungswege und hohe Wiederholgenauigkeit aus und eignen sich daher für die Fertigung mit relativ einfachen CNC-Maschinen.
Einfache Formen- und Standardteilebearbeitung
Für Formteile mit einfachen Strukturen können zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen eingesetzt werden für:
- Bearbeitung von Standardformteilen
- Vorbearbeitung einfacher Hohlräume oder Kerne
In diesen Szenarien führen zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen hauptsächlich die Grundbearbeitung oder die Vorbearbeitung durch.
Verarbeitung von Elektronik- und Leichtindustrieteilen
Zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen werden häufig zur Bearbeitung von elektronischen Geräten und leichten Industrieprodukten eingesetzt.
- Flache Teile wie Gehäuse und Abdeckungen
- Grundlegende Merkmale wie Befestigungslöcher und Befestigungsstrukturen
Die Bearbeitung konzentriert sich auf Gegenstände mit stabilen Abmessungen und einfacher Struktur.
Anwendung für Lehre und Probeproduktion
In Lehr- und Forschungsumgebungen werden zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen häufig für folgende Zwecke eingesetzt:
- Grundlagen der CNC-Bearbeitung
- Verarbeitung von Prototypen oder Testteilen für neue Produkte
Die Struktur ist klar und die Bedienung relativ einfach, wodurch die grundlegende Logik der CNC-Bearbeitung leicht verständlich wird.
Im Allgemeinen eignen sich zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen besser für Anwendungen mit klaren Bearbeitungsanforderungen und geringer Komplexität. Bei Bearbeitungsaufgaben mit mehreren Winkeln, komplexen Konturen oder dreidimensionalen Strukturen werden in der Regel mehrachsige CNC-Werkzeugmaschinen eingesetzt.
Zusammenfassen
Eine zweiachsige CNC-Werkzeugmaschine ist ein relativ einfaches, numerisch gesteuertes Gerät mit bidirektionaler Bewegung als Kernstück. Sie wird hauptsächlich zur Bearbeitung von Flächen oder Grundkonturen eingesetzt. Sie erfüllt die Bearbeitungsanforderungen bestimmter Teiletypen und ist nach wie vor in der Grundlagenfertigung, der Ausbildung und im Prototypenbau von praktischem Nutzen.
Mit zunehmender Komplexität der bearbeiteten Teile steigt auch die Anzahl der Achsen von CNC-Werkzeugmaschinen stetig an. Dennoch stellen zweiachsige CNC-Werkzeugmaschinen nach wie vor einen wichtigen Ausgangspunkt für das Verständnis der CNC-Bearbeitung und des Konzepts der Achsenanzahl dar.