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Was ist 4-Achsen- und 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?

April 09, 2025

Wenn es um Präzisionsbearbeitung geht, haben Sie wahrscheinlich schon von CNC-Maschinen gehört. Diese ermöglichen die Herstellung hochpräziser Teile mit nahezu engen Toleranzen. Darüber hinaus bieten diese Maschinen eine höhere Flexibilität als herkömmliche 3-Achsen-Maschinen. Ihre Funktionsweise und Bedeutung müssen jedoch erläutert werden.

Durch die Implementierung einer vierten Drehbewegung erweitert eine 4-Achsen-CNC-Maschine die Möglichkeiten herkömmlicher 3-Achsen-Systeme. Das Werkstück wird während des Betriebs gedreht, sodass Sie verschiedene Seiten erreichen können, ohne es neu positionieren zu müssen. Bohrungen und Nuten auf verschiedenen Flächen lassen sich mit einem 4-Achsen-System praktisch umsetzen.

Andererseits übertrifft die 5-Achsen-CNC-Maschine die 4-Achsen-CNC durch die Implementierung einer zusätzlichen Steuerachse für die Maschinenbewegung. Die zusätzliche Achse ermöglicht dem Schneidwerkzeug den Zugriff auf Teile aus verschiedenen Richtungen. Daher ist sie für die Herstellung komplexer Formen mit engen Toleranzen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Medizintechnik unverzichtbar. Darüber hinaus können Sie Prototypenteile und detaillierte Funktionskomponenten in einem einzigen Arbeitsgang fertigen, was Zeit spart und die Fehlerquote senkt. Lassen Sie uns diese Optionen aus einer breiteren Perspektive betrachten.


Was ist 4-Achsen-Bearbeitung?

Die fortschrittliche 4-Achsen-CNC-Technologie übertrifft die konventionelle 3-Achsen-Bearbeitung durch eine zusätzliche Achse. Ein Werkzeug in einer 3-Achsen-Maschine bewegt sich über die X-Achse (Links-Rechts-Bewegung), die Y-Achse (Vorwärts-Rückwärts-Bewegung) und die Z-Achse (Aufwärts-Ab-Bewegung). Eine 4-Achsen-CNC-Maschine verfügt über eine zusätzliche Achse, die sogenannte „A-Achse“.

Das Werkstück rotiert durch die A-Achsenfunktion um die X-Achse und erreicht so verschiedene Werkstückseiten ohne manuelles Eingreifen. Durch die Rotationsfunktion kann der Bediener mit nur einer Einstellung an der Maschine auf mehrere Werkstückseiten zugreifen, was sowohl die Präzision als auch die Arbeitsgeschwindigkeit erhöht.

Zusätzlich zu all diesen Vorteilen bringt eine 4-Achsen-CNC-Maschine das Werkstück automatisch in präzise Positionen. Sie verhindert manuelle Unterbrechungen für Rüstwechsel zwischen den Funktionen. Der Rüstvorgang dauert weniger Zeit und die Produktionsgeschwindigkeit steigt, wodurch sich eine solche Maschine optimal für mittelkomplexe Teile eignet.


Vorteile der 4-Achsen-CNC-Bearbeitung

Hier sind die allgemeinen Vorteile von 4-Achsen-CNC-Maschinen:


Schnellere Produktion komplexer Teile

Die Rotationsfunktion einer 4-Achsen-CNC-Maschine ermöglicht die automatische Bearbeitung mehrseitiger Teile, wie z. B. Halterungen mit oberen, unteren und seitlichen Löchern. Die Teilerotation durch die 4-Achsen-CNC-Maschine ist schneller als das manuelle Wenden, da der Prozess nicht zum Positionswechsel unterbrochen werden muss. Dies ermöglicht die schnellere Fertigstellung von Tausenden von Teilen und verkürzt so die Gesamtproduktionszeit.

Konsistenz im Betrieb

Die Werkstückrotation um die A-Achse ermöglicht dem Werkzeug, bei jedem Arbeitsgang identische Winkelpositionen einzunehmen. Die präzise Fertigung von Motorblöcken im Automobilbau erfordert diese Konfiguration. Jedes mit der 4-Achs-Maschine gefertigte Teil passt dank ihres gleichmäßigen Betriebs während der gesamten Serienproduktion präzise.


Niedrigere Arbeitskosten

Die Fähigkeit der 4-Achs-Maschine, komplexe Vorgänge selbstständig auszuführen, macht zusätzliche Rüstvorgänge überflüssig. Der Rüstvorgang ermöglicht es einer Person, die Position der Teile in der Maschine zu halten, während das System den Rest erledigt. Dieser Ansatz senkt die Personalkosten und vermeidet Fehler, die durch wiederholten manuellen Kontakt mit Materialien entstehen können.


Weniger Werkzeugwechsel und Neupositionierungen

Der Werkzeugwechsel und die Neupositionierung von Teilen unterbrechen den Betrieb herkömmlicher 3-Achs-Maschinen häufig. Ein 4-Achs-Maschinensystem erfordert weniger Rüstunterbrechungen, da es die Drehung der Teile ermöglicht. Diese Funktion ist entscheidend für die Herstellung von Teilen mit unterschiedlich ausgerichteten Elementen, wie z. B. Halterungen und Turbinenschaufeln, bei denen das Werkzeug nahtlos über verschiedene Ebenen hinweg arbeiten muss.


Wann sollte man sich für die 4-Achsen-CNC-Bearbeitung entscheiden?

Wenn mehrere Merkmale über verschiedene Flächen eines Teils verteilt sind, ist eine 4-Achsen-CNC-Bearbeitung erforderlich. Dadurch können sich die Teile automatisch drehen, ohne dass ein manuelles Wenden erforderlich ist.

Die 4-Achsen-CNC-Bearbeitungstechnologie liefert optimale Ergebnisse bei mittelschweren Teilen, die die Grenzen herkömmlicher Fräsverfahren überschreiten. Die effiziente Herstellung von Platten, Strukturbauteilen und einfachen Automobilteilen ist mit einer 4-Achsen-Maschine möglich.

Die Beschleunigung der Teileproduktion wird durch die Bearbeitung mehrerer Oberflächen in einer einzigen Aufspannung mit einer 4-Achs-Maschine möglich. Dies ist insbesondere für Branchen von Vorteil, die schnelle Markteinführungen benötigen.

Insgesamt werden durch den Einsatz einer 4-Achsen-Maschine Handhabungsfehler bei der Bearbeitung empfindlicher Teile, die eine hohe Präzision erfordern, reduziert.


Was ist 5-Achsen-CNC-Bearbeitung?

Eine 5-Achsen-CNC-Maschine verbessert die Präzisionsfertigung durch zwei zusätzliche Bewegungsachsen gegenüber 3-Achsen-Systemen. Eine standardmäßige 3-Achsen-Maschine ermöglicht die Werkzeugbewegung zwischen den X-, Y- und Z-Richtungen und ermöglicht so Links-Rechts-, Vorwärts-Rückwärts- und Auf-Ab-Funktionen. Die zusätzliche 5-Achsen-Maschine verfügt über zwei Spezialachsen, A und B, die die Betriebskontrolle und Flexibilität maximieren.

Die B-Achse ermöglicht die Rotation um die Y-Achse, während die A-Achse um die X-Achse rotiert. Dank der zusätzlichen Bewegungsmöglichkeiten sind komplexe Formen und Merkmale für Maschinen möglich. Darüber hinaus entfallen mehrfache Aufspannungen oder die Neupositionierung von Teilen.

Vorteile der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung

Hier sind die allgemeinen Vorteile von 5-Achsen-CNC-Maschinen:

Fähigkeit zur Bearbeitung komplexer Geometrien

Das 5-Achsen-CNC-Bearbeitungssystem ermöglicht es dem Werkzeug, jede verfügbare Position des Teils anzufahren und eignet sich daher ideal für die Herstellung komplexer Formen. Luft- und Raumfahrtkomponenten sowie Automobilteile profitieren stark von 5-Achsen-CNC, da ihre komplexen Designs Merkmale aufweisen, die mit herkömmlichen 3- und 4-Achsen-CNC-Maschinen nicht erreicht werden können.


Minimierter Werkzeugverschleiß

Das Werkzeug erreicht einen konstanten Anstellwinkel, da es das Werkstück aus verschiedenen Richtungen erreichen kann. Es hält länger, da es insbesondere bei empfindlichen Teilen weniger Verschleiß erfährt. Produktionskosten und Maschinenausfallzeiten sinken, da Werkzeuge seltener ausgetauscht werden müssen.


Höhere Qualität und konsistente Ergebnisse

Die Werkstücke bleiben während des gesamten Bearbeitungsprozesses im 5-Achs-Betrieb stationär. Durch die durchgehende Bearbeitung werden komplette Oberflächen über den gesamten Bearbeitungsvorgang hinweg mit konsistenten Ergebnissen bearbeitet. Dieses Verfahren ist für hochpräzise anspruchsvolle Bereiche geeignet, da es Ausrichtungsprobleme und Defekte, die durch die Neupositionierung des Werkzeugs entstehen können, minimiert.


Wann Sie sich für die 5-Achsen-CNC-Bearbeitung entscheiden sollten: Fallbeispiele

Hier sind einige Fallbeispiele für die Verwendung der 5-Achsen-CNC-Bearbeitung:


Für komplexe Teile mit detaillierten Merkmalen

Die Herstellung komplexer Turbinenschaufeln und -formen erfordert die 5-achsige CNC-Bearbeitung, da sie die Bearbeitungszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um 30–40 % verkürzen kann. Das Werkzeug bietet die Flexibilität, Teile von verschiedenen Positionen aus zu erreichen, was den Rüstaufwand minimiert.


Wenn Sie mehrere Seiten in einem Setup bearbeiten müssen

Die 5-Achs-Bearbeitung reduziert die Rüstzeit um ca. 50–60 %. Die Maschineneinrichtung in der Luft- und Raumfahrt ersetzt 3 bis 5 konventionelle 3-Achs-Einrichtungen, was zu einer verbesserten Produktionsgeschwindigkeit und -konsistenz führt.


Für hochwertige Oberflächen

Auf einer 5-Achs-Maschine gefertigte Teile erreichen eine Oberflächengüte, die die von 4-Achs-Maschinen übertrifft. Der Bearbeitungsprozess ermöglicht eine unterbrechungsfreie Werkzeugbewegung, wodurch Werkzeugspuren während der Produktion minimiert werden.


Für Teile mit engen Toleranzen

Die Luft- und Raumfahrtbranche erfordert enge Toleranzen von ±0,001 Zoll (0,025 mm). Die 5-achsige CNC-Bearbeitung ermöglicht eine durchgehend hohe Präzision. Da bei der Bearbeitung aller Oberflächen keine Neuausrichtung der Teile erforderlich ist, wird eine bessere Dimensionsstabilität erreicht. Dadurch wird das Risiko von Fehlausrichtungen minimiert und die strengen Qualitätsanforderungen erfüllt.

Die wichtigsten Erkenntnisse

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sowohl 4- als auch 5-achsige CNC-Maschinen die Lösung für die Herstellung anspruchsvoller, präziser Komponenten sind, die in der Luft- und Raumfahrt, der Automobilindustrie und der Medizinbranche Anwendung finden. Bei nicht allzu komplexen Teilen und minimalen Toleranzanforderungen ist die 4-achsige Bearbeitung die optimale Option.

Im Gegensatz dazu eignen sich 5-Achs-Maschinen besonders gut für hochkomplexe Teile/Produkte. Sie verfügen über nur eine Aufspannung, bearbeiten mehrere Seiten, was die Produktionszeit um bis zu 25 % verkürzt und die Oberflächenqualität verbessert. Die Anfangsinvestition ist jedoch in der Regel höher als bei 4-Achs-Maschinen. Langfristig können Sie dadurch jedoch Kosten sparen. Die Wahl zwischen den beiden Optionen hängt daher von der Teilekomplexität, dem Budget und dem Zeitrahmen ab.


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