Braucht dieses Teil 5-Achsen oder 3-Achsen? Geometrie, Aufspannungen, Kosten und Lieferzeit

Auf 5-Achsen verzichten, wenn sich jedes Merkmal in ein oder zwei Orientierungen erreichen lässt

Eine feste 3-Achsen-Aufspannung kann weder Werkzeug noch Werkstück umorientieren, sodass jedes Merkmal außerhalb der erreichbaren Orientierungen entweder ein Neuspannen oder eine Rotationsmaschine erzwingt¹⁵. Wenn sich jedes Merkmal in ein oder zwei Orientierungen erreichen lässt, bringt die Rotationsfähigkeit dem Teil nichts⁴.

Die Geometriebedingungen, die Quellen durchgängig als 5-Achsen-erfordernd nennen, sind Verbundwinkel-Merkmale, nur aus mehreren Richtungen erreichbare Hinterschneidungen, nicht-orthogonale Flächen und Bohrungen, tiefe Kavitäten sowie Schaufel- und Laufradkanäle. Und durchgängig modellierte Flächen, die eine Werkzeugachsenneigung erfordern^13415161930.

Für ein prismatisches Teil, das in zwei oder weniger Aufspannungen fertiggestellt wird und keine fachflächenübergreifenden GD&T-Toleranzen aufweist, wird 3-Achsen als deutlich kostengünstiger und schneller beschrieben¹⁹.

Prüfen Sie Ihre Zeichnung gegen diese Liste, bevor Sie ein 5-Achsen-Angebot anfordern: Ist keine dieser Bedingungen erfüllt, kaufen Sie mit dem 5-Achsen-Aufpreis eine Fähigkeit ein, die das Teil nicht nutzt⁴²².

Zwischen positionsgesteuertem 3+2 und simultanem 5-Achsen-Fräsen entscheiden

Beim positionsgesteuerten 3+2-Fräsen werden die beiden Rotationsachsen vor dem Schnitt festgelegt und anschließend wie auf einer 3-Achsen-Maschine in diesem Winkel bearbeitet; so lassen sich schräge Bohrungen, geneigte Taschen und mehrflächige Teile erreichen³¹⁵.

Beim simultanen 5-Achsen-Fräsen bewegen sich alle fünf Achsen während des Schnitts, was durchgängig gekrümmte Flächen, Laufradschaufeln, Turbinenprofile und skulptierte Implants in einem einzigen Werkzeugweg erst bearbeitbar macht¹⁵¹⁹.

Die Trennlinie verläuft dort, ob sich die Werkzeugachse ändern muss, während das Werkzeug im Schnitt steht: Falls nicht, wird das positionsgesteuerte Positionieren häufig als der kostengünstigste Weg beschrieben¹⁵¹⁶. Bei vielen Präzisionskomponenten liefert 3+2 dieselbe Maßhaltigkeit wie simultanes 5-Achsen-Fräsen und reduziert zugleich Programmierzeit und Fertigungskosten¹⁶.

Lassen sich alle Merkmale über positionsgesteuertes Positionieren erreichen, bringt die kontinuierliche 5-Achsen-Bewegung oft wenig zusätzlichen Nutzen¹⁶. Fragen Sie Ihren Lieferanten, welche der beiden Operationen dem Angebot zugrunde liegt, denn dieselbe 5-Achsen-Maschine kann beides ausführen³.

Prüfen, ob fachflächenübergreifende Toleranzen und Datums-Kontinuität eine einzige Aufspannung erzwingen

Jedes Neuspannen verschiebt das Datum geringfügig; daher ist eine Zeichnung, die wahre Position oder Profil über mehrere Flächen hinweg verknüpft, der Grund, warum Einzelaufspannungs-5-Achsen bevorzugt wird, selbst wenn die Geometrie allein das nicht verlangen würde¹⁷¹⁹.

Wenn zwei oder mehr kritische Flächen wahre Position oder Profil über Datums hinweg erfordern oder GD&T mehrere Flächen miteinander verknüpft, verweisen die Quellen auf 3+2 oder simultanes 5-Achsen-Fräsen und empfehlen eine Einzeldatum-Strategie, um Toleranzsummierung durch Neuspannen zu vermeiden¹⁹.

Engere Toleranzen und glattere Oberflächen profitieren ebenfalls von 5-Achsen, weil das Werkzeug mit weniger Aufspannungen einen optimalen Schnittwinkel halten kann⁴. Ein 3-Achsen-Weg bricht die Datum-Verkettung bei jedem Neuspannen, weshalb Angebote mit mehreren Aufspannungen fachflächenübergreifende Toleranzeinträge schwer halten können¹⁷²².

Markieren Sie vor der Freigabe der Zeichnung, welche Toleranzen tatsächlich über Flächen hinweg laufen; diese – nicht die Merkmalsanzahl – entscheiden, ob ein 3-Achsen-Angebot mit mehreren Aufspannungen das Teil halten kann¹⁹.

Erfassen, wie viele Orientierungen ein 3-Achsen-Weg braucht, und den Aufspannungsaufwand bepreisen

Mehr Orientierungen bedeuten mehr Vorrichtungen, mehr Neuspannen und mehr Begutachtung während der Fertigung – und gegen diese Kosten wird der höhere 5-Achsen-Stundensatz abgewogen¹⁷²²²³. Erfassen Sie sie, bevor Sie Maschinensätze vergleichen.

• ✓Listen Sie jede Fläche auf, die ein bearbeitetes Merkmal trägt, sowie die zu ihrer Erreichung nötige Orientierung.
• ✓Zählen Sie die Aufspannungen, die ein 3-Achsen-Weg bräuchte; vier Aufspannungen nennt eine Quelle für ein komplexes Teil.
• ✓Schlagen Sie jede zusätzliche Aufspannung mit Vorrichtungsfertigung und Neuspannzeit zu.
• ✓Planen Sie nach jedem Neuspannen eine Begutachtung während der Fertigung ein, wo fachflächenübergreifende Toleranzen gelten.
• ✓Vergleichen Sie die Stückkosten insgesamt, nicht Maschinen-Stundensätze, zwischen den beiden Wegen.

Entscheiden, ob Stückzahl und Komplexität das Teil dorthin bringen, wo 5-Achsen bei den Gesamtkosten gewinnen kann

5-Achsen-Stundensätze werden höher beziffert als bei 3-Achsen, doch bei komplexen Teilen können weniger Aufspannungen, weniger Vorrichtungsbau und weniger Ausschuss diesen Satz ausgleichen^3222324. Großserien einfacher Teile sprechen für 3-Achsen, das die Zykluszeiten kurz hält und fortschrittliche CAM-Software sowie hochqualifizierte Bediener vermeidet⁴²².

Komplexe Teile in Klein- bis Mittelserien sprechen für 5-Achsen, das die Rüstzeit senkt und die Wiederholgenauigkeit erhöht⁴²². Der Break-even hängt von der konkreten Geometrie und der Produktionsmenge ab, und keine Quelle nennt einen numerischen Schwellenwert²².

Bitten Sie Ihren Lieferanten, beide Wege für dieselbe Zeichnung und dieselbe Menge anzubieten, und vergleichen Sie dann die Gesamtsummen statt der Sätze³.

Entscheiden, ob 5-Achsen die angebotene Lieferzeit verkürzt oder verlängert

Weniger Aufspannungen senken Handling- und Rüstzeit bei komplexen Teilen, doch die Lieferzeit wird ebenfalls von Werkzeug- und Vorrichtungsfertigung, Materialbeschaffung, Wartezeiten in der Fertigungsreihe, Nachbearbeitung und Nacharbeit bestimmt⁴⁵²⁸. Ein Betrieb mit ausschließlich 3-Achsen-Maschinen bräuchte mehrere Aufspannungen mit Sondervorrichtungen, was Programmier-, Rüst- und Gesamtfertigungszeit erhöht²⁸.

Bei einem einfachen Teil kann die Aufspannung auf einer 3-Achsen-Maschine tatsächlich schneller sein als auf einer 5-Achsen-Maschine⁴. Die Maschinenzeit ist nur ein Teil der Lieferzeit; ein kürzerer Zyklus verkürzt also nicht von sich aus das Angebot⁵.

Wenn Sie Lieferzeiten vergleichen, bitten Sie den Lieferanten, das Angebot in Programmierung, Vorrichtungsfertigung, Bearbeitung, Endbearbeitung und Prüfung aufzuschlüsseln und die angenommene Position in der Fertigungsreihe anzugeben⁵²⁸.

Prüfen, ob ein alternatives Verfahren die 5-Achsen-Anforderung entfallen lässt

Positionsgesteuertes 3+2 ist die wichtigste Alternative, die den Bedarf an simultanem 5-Achsen-Fräsen bei schrägen und mehrflächigen Merkmalen entfallen lassen kann. Und es wird häufig als der kostengünstigste Weg beschrieben, wenn keine durchgängig gekrümmte Fläche vorliegt³¹⁵¹⁶.

Gießen und Metallspritzguss sind ein anderer Weg mit eigenem Toleranz-, Mengen- und Lieferzeitprofil; Nachbearbeitung ist bei eng tolerierten Merkmalen üblich²⁹. Die wichtigere Frage ist, ob das Teil überhaupt 5-Achsen braucht oder ob 3-Achsen oder 3+2 das erforderliche Ergebnis zu geringeren Kosten erzielen könnten³⁰.

Hat Ihr Teil schräge Bohrungen oder nicht-orthogonale Flächen, aber keine kontinuierliche Krümmung, fordern Sie ein 3+2-Angebot an, bevor Sie sich auf simultanes 5-Achsen-Fräsen festlegen¹⁵¹⁶.

Prüfen, ob der 5-Achsen-Lieferant die Arbeit zertifizieren und prüfen kann

Eine Fähigkeitsaussage ist kein Beleg dafür, dass der Betrieb das Teil dokumentieren kann. Diese Prüfungen betreffen die Dokumentation hinter einem 5-Achsen-Angebot.

• ✓Fragen Sie, welche Zertifizierungen der Betrieb hält, etwa ISO 9001 oder AS9100D, wo das Teil sie verlangt.
• ✓Fragen Sie, ob eine ITAR-Registrierung für Ihre Zeichnung gilt und wer auf die Daten zugreifen wird.
• ✓Fordern Sie einen Erstmusterprüfungs-Paket für ein neues Teil, eine geänderte Revision, ein geändertes Material oder eine neue Vorrichtung an.
• ✓Legen Sie fest, welche Merkmale eine CMM-Messung benötigen und welche stichprobenartig geprüft werden können.
• ✓Bestätigen Sie, welche Prüfaufzeichnungen Sie erhalten, bevor Material geschnitten wird.

Wo die Quellen bei den 5-Achsen-Kosten uneins sind

Beide nachstehenden Positionen werden berichtet, und die Quellen lösen nicht auf, welche auf Ihr Teil zutrifft. Die letzte Spalte sagt Ihnen, was zu verifizieren ist.

Was die Quellen nicht belegen

• Keine Quelle nennt einen quantitativen geometrischen Schwellenwert (Winkel, Hinterschneidungstiefe oder Schlankheitsgrad), ab dem 3-Achsen unmöglich wird.
• Keine Quelle nennt konkrete Toleranz- oder Ra/Rz-Werte, die durch 3-Achsen-Umpositionieren nicht erreichbar sind.
• Keine Quelle nennt einen numerischen Break-even von Stückzahl oder Chargengröße für 5-Achsen gegenüber 3-Achsen.
• Keine Quelle nennt absolute Maschinen-Stundensätze oder Kostenwerte für Programmierung und Rüstung bei 3-Achsen gegenüber 5-Achsen.
• Keine Quelle liefert einen angebotenen Lieferzeitvergleich 3-Achsen gegenüber 5-Achsen, der Programmierung, Vorrichtungsfertigung, Maschinenverfügbarkeit und Wartezeit in der Fertigungsreihe einschließt.
• Keine Quelle vergleicht EDM, Schmieden oder additive Fertigung als Alternativen zu 5-Achsen.
• Keine Quelle nennt 5-Achsen-spezifische Maschinengenauigkeit oder Toleranzspezifikationen bzw. NADCAP-Anforderungen.
• Keine Quelle liefert eine allgemeine Regel zum Zählen der erforderlichen Teilorientierungen für ein beliebiges Teil.