Was versteht man unter 5 Achsen Fräsarbeiten?

In der modernen CNC Fertigung gehören 5 Achsen Fräsarbeiten heutzutage zum Arbeitsalltag. Die Bearbeitungsstrategie unter gleichzeitiger Verwendung von fünf Achsen einer Fräsmaschine ermöglicht die Fertigung von Werkstücken in nur einer Aufspannung, die Realisierung von komplizierten Geometrien und Konturen sowie eine optimierte Lebensdauer der eingesetzten Werkzeuge.

Wie werden die Achsen einer Fräsmaschine definiert?
Die Achsen einer Fräsmaschine orientieren sich an einem dreidimensionalen Koordinatensystem. Hierbei werden die Bezeichnungen X, Y und Z den Linearachsen, die Buchstaben A, B und C den Rotationsachsen zugeordnet. Die Linearachsen werden dabei anhand der Lage der Frässpindel definiert. Bei vertikalen Fräsmaschinen bezeichnet X die Längsachse, Y die Querachse und Z die Vertikalachse. Bei horizontalen Fräsmaschinen werden die Z und Y Achsen vertauscht. Die Rotationsachsen werden immer den Linearachsen zugeordnet. So gehören die A-Achse immer zur X-Achse, die B-Achse zur Y-Achse und die C-Achse zur Z-Achse. Die Rotationsachsen drehen sich dabei um die Linearachsen.

Die Konfiguration von 5-Achs-Fräsmaschinen
Je nach Hersteller und Anwendungszweck wird die Verwendung der Rotationsachsen für 5 Achsen Fräsarbeiten anders umgesetzt. Bei Schwenktisch-Fräsmaschinen rotiert der Tisch (A-Achse) um den Längsverfahrweg (X-Achse), während bei Fräsmaschinen mit Schwenkkopf die B-Achse des Fräskopfes um die Y-Achse und gleichzeitig die C-Achse um die Z-Achse rotiert. Beide Varianten haben dabei eigene Vorteile. Bei Schwenktischmaschinen ist es der grössere Arbeitsraum, bei Schwenkkopfmaschinen die Möglichkeit, auch schwere Werkstücke zu bearbeiten – da hier der Tisch immer in der Waagerechten verbleibt und somit höhere Lasten tragen kann.

Wann wird das 5-Achs-Fräsen eingesetzt?
5-Achs-Fräsmaschinen sind im Vergleich zu klassischen 3-Achs-Fräsmaschinen deutlich teurer in der Anschaffung und anspruchsvoller in der Bedienung. Trotzdem ist die Technologie weit verbreitet, denn sie bietet einen entscheidenden Vorteil: Die Fertigung von komplexen Freiformflächen, wie sie beispielsweise bei Turbinenschaufeln zu finden sind. Bei derartigen Bauteilen stellt das 5-Achs-Fräsen einen deutlichen Zeitgewinn gegenüber anderen Bearbeitungsstrategien dar.

Geringerer Programmieraufwand
Beim 5-Achs-Fräsen zeigt sich ein deutlicher Zeitgewinn in Sachen Programmierarbeit, wenn es um Flächenübergänge oder gekrümmte Flächen geht. Da bei 5 Achsen Fräsarbeiten nicht mit unterschiedlichen Anstellpositionen des Werkzeugs programmiert beziehungsweise gearbeitet werden muss, reduzieren sich sowohl Programmier- als auch Maschinenlaufzeiten deutlich. Dies stellt einen grossen Wettbewerbsvorteil gegenüber 3-Achsen oder 3+2 Achsen Bearbeitungsstrategien dar.

Was bedeutet Simultanbearbeitung bei 5-Achs-Fräsvorgängen?
Im Zuge von 5-Achs-Fräsmaschinen fällt immer wieder der Begriff „Simultanbearbeitung“. Um diesen Begriff zu verstehen, muss zunächst der Unterschied zwischen 5-Achs-Arbeiten und 3+2 Achs Arbeiten (die in der Summe ja auch 5 Achsen ergeben) verdeutlicht werden. Bei der 3+2 Achs-Bearbeitung werden die zur Verfügung stehenden Achsen der Maschine als Stellachse verwendet, der Fräser also für die Bearbeitung in einem bestimmten Winkel zum Werkstück fixiert. Anders bei der „echten“ 5-Achsen-Bearbeitung. Hier wird das Fräswerkzeug kontinuierlich entlang aller 5-Achsen ausgerichtet, um die Schneide jederzeit perfekt senkrecht zum Werkstück zu halten. Diese kontinuierliche Ausrichtung wird auch als „simultane“ Ausrichtung bezeichnet – worin der Begriff der Simultanbearbeitung seinen Ursprung findet.