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CNC-Fräsen
Was bedeutet CNC-Fräsen?
Fräsen ist ein spanendes Fertigungsverfahren eines meist mehrzahnigen Werkzeugs. Mit dem Fertigungsverfahren Fräsen können im Gegensatz zum Drehen auch nicht-rotationssymmetrische Werkstücke hergestellt werden. Beim CNC-Fräsen dreht sich das Werkzeug und das Werkstück ist dabei in einer Vorrichtung fest fixiert. Die unterschiedlichen Arten der Fräsmaschinen werden in Abhängigkeit ihrer Bewegungsmöglichkeiten in 3-Achs-, 4-Achs- und 5-Achs-Bearbeitungszentren unterteilt.
Unterschiedliche Fräsarten:
3-Achs-Fräsen vs. 4-Achs-Fräsen vs. 5-Achs-Fräsen
Vereinfacht gesagt beschreiben die Ausdrücke 3-Achs-Fräsen, 4-Achs-Fräsen und 5-Achs-Fräsen Bearbeitungstechniken des Fräsens, die sich in der Anzahl von Richtungen unterscheidet, in welchen sich das Werkstück und Werkzeug bewegen können.
3-Achs-Fräsen
Das 3-Achs-Fräsen bezeichnet eine Technologie, bei welcher sich der Fräser entlang der drei Achsen X, Y und Z bewegt. Das Werkstück kann nur von einer Seite aus bearbeitet werden. Es handelt sich hierbei um das einfachste Fräsverfahren. Das 3-Achs-Fräsen eignet sich daher vor allem für einfache Bauteile, wie Platten mit Bohrungen. Aber auch komplexere CNC-Frästeile können durch mehrfaches Umspannen auf 3-Achs-Fräsmaschinen realisiert werden. Allerdings muss man hierbei beachten, dass das manuelle Umspannen durch einen Mitarbeiter mit Zeitaufwand verbunden ist und sich dieser Ansatz für sehr große Serien insbesondere mit mehr als zwei Aufspannungen weniger eignet, um Kosten zu reduzieren.
4-Achs-Fräsen
Zusätzlich zu den drei Achsen X, Y, Z erweitert eine vierte Achse das 3-Achs-Fräsen um ein Schwenken der Aufspannung des Frästeils um eine Achse relativ zum Werkzeug. Diese vierte Achse ist der erste Ansatzpunkt, um Umspannarbeiten zu vermeiden und komplexere Geometrien mit einer Aufspannung zu ermöglichen. Man bezeichnet das 4-Achs-Fräsen auch als Zwischenstufe zwischen dem einfachen 3-Achs-Fräsen und der Königsklasse des komplexen 5-Achs-Fräsens.
5-Achs-Fräsen
Das 5-Achs-Fräsen ist die Oberklasse des CNC-Fräsens. 5-Achs-Bearbeitungszentren haben 5 Bewegegungsmöglichkeiten: Zu den drei Verfahrachsen X, Y und Z kommen noch zwei Drehachsen dazu. In den meisten Fällen wird dies durch einen schwenkbaren und rotierbaren Maschinentisch umgesetzt.
Bei diesem Verfahren kann das Werkstück von 5 Seiten in einer Aufspannung bearbeitet werden. Die Herstellung von ausgesprochen komplexen geometrischen Strukturen ist möglich. Insbesondere die Simultanbewegung aller 5 Achsen ermöglicht die Realisierung sehr anspruchsvoller Freiformflächen.
Man sollte sich allerdings vor Augen führen, dass gerade die Simultanbewegung der Achsen eine extrem aufwendige CNC-Programmierung benötigt, welche den räumlichen Freiheitsgrad gerecht werden muss.
Vergleich
Die Vorteile des 3-Achs-Fräsens liegen ganz klar in ihrer Einfachheit. Einfache Konturen und Bohrungen können schnell und unkompliziert in ein Werkstück eingebracht werden. Insbesondere für einfache Bauteile und geringe Stückzahlen ist das 3-Achs-Fräsen meist eine gute Wahl.
Mit 5-Achs-Bearbeitungszentren können sehr komplexe Bauteile hergestellt werden. Vorteile liegen aber auch bei der kostengünstigen Herstellung von Bauteilen, die eine Mehrseitenbearbeitung erfordern. Denn beim sogenannten 3+2-Seiten-Fräsen können fünf Seiten mit einer Aufspannung bearbeitet werden, was Rüstzeit spart. Größter Vorteil ist die Zugänglichkeit von fünf Seiten in einer Aufspannung.
5-Achs-Fräsmaschinen erfordern ein gutes räumliches Vorstellungsvermögen und dreidimensionales Denken. Die hohen Ansprüche an Komplexität erfordern meist eine sehr aufwendige CNC-Programmierung und sind ohne CAD-CAM-System kaumumzusetzen.
Merke:
3-Achs-Fräsen bedeutet lineares Fräsen entlang von drei Achsen X,Y, Z um das Werkstück.
Beim 4-Achs-Fräsen gibt es neben den drei linearen Achsen X, Y, Z eine zusätzliche Rotationsachse.
5-Achs-Fräsen bedeutet Fräsen entlang der drei linearen Achsen X,Y,Z sowie zwei zusätzlicher Schwenk- bzw. Rotationsachsen.
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