3 Achs oder 5 Achs fräsen: Welche Bearbeitung passt zum Bauteil?
Mehr Achsen bedeuten nicht automatisch die bessere Bearbeitung. Entscheidend ist, welche Geometrien gefertigt werden sollen, wie viele Seiten zugänglich sein müssen und welcher Aufwand beim Spannen, Programmieren und Rüsten wirtschaftlich sinnvoll ist.
Viele prismatische Bauteile lassen sich auf einer 3 Achs CNC Fräsmaschine schnell und präzise bearbeiten. Sobald mehrere Bearbeitungsseiten, schräge Flächen oder schwer zugängliche Konturen hinzukommen, können zwei zusätzliche Rundachsen Vorteile bieten. Dazwischen liegt die sogenannte 3+2 Bearbeitung, bei der das Werkstück zunächst positioniert und anschließend mit drei Linearachsen bearbeitet wird.
In diesem Beitrag erklären wir die Unterschiede zwischen 3 Achs, 3+2 und simultaner 5 Achs Bearbeitung. Außerdem zeigen wir, warum eine flexible Maschinenkonfiguration mit zusätzlichem Rundschwenktisch für wechselnde Aufgaben interessant sein kann.
Was bedeutet 3 Achs Fräsen
Bei einer 3 Achs CNC Fräsmaschine bewegt sich das Werkzeug relativ zum Werkstück entlang der drei Linearachsen X, Y und Z. Damit lassen sich unter anderem ebene Flächen, Taschen, Bohrungen, Nuten, Konturen und viele dreidimensionale Formen herstellen.
Die Bearbeitung erfolgt normalerweise von einer zugänglichen Seite. Müssen weitere Seiten bearbeitet werden, wird das Werkstück neu aufgespannt oder in einer anderen Lage positioniert. Für viele Bauteile ist das völlig ausreichend und wirtschaftlich sinnvoll.
Typische Vorteile der 3 Achs Bearbeitung
vergleichsweise einfache Programmierung
übersichtliche Werkzeugwege
kurze Vorbereitung bei einfachen Bauteilen
gute Zugänglichkeit bei prismatischen Geometrien
wirtschaftliche Bearbeitung von Einzelteilen, Prototypen und Kleinserien
freie Nutzung des Maschinentisches für Schraubstöcke, Vorrichtungen oder größere Werkstücke
Gerade bei Bauteilen, die überwiegend von oben bearbeitet werden, bringt eine zusätzliche Rundachse nicht automatisch einen Mehrwert. In solchen Fällen kann eine saubere 3 Achs Strategie die einfachere und produktivere Lösung sein.
Wann reichen drei Achsen nicht mehr aus?
Die Grenzen einer 3 Achs Bearbeitung zeigen sich vor allem dann, wenn das Werkzeug bestimmte Flächen aus einer festen Richtung nicht erreichen kann. Typische Beispiele sind seitliche Bohrungen, schräge Flächen, mehrere Bearbeitungsseiten oder komplexe Konturen.
Das Werkstück kann zwar mehrfach umgespannt werden, doch jeder zusätzliche Spannvorgang benötigt Zeit. Außerdem muss die neue Werkstücklage erneut eindeutig bestimmt werden. Je nach Bauteil, Vorrichtung und Genauigkeitsanforderung können dadurch zusätzliche Abweichungen entstehen.
Zusätzliche Rundachsen sind deshalb besonders interessant, wenn:
mehrere Seiten eines Werkstücks bearbeitet werden sollen
häufiges manuelles Umspannen vermieden werden soll
schräge Bohrungen oder Flächen erforderlich sind
kurze Werkzeuge durch eine günstigere Anstellung genutzt werden können
komplexe Konturen besser zugänglich werden sollen
die Lagebeziehung mehrerer Bearbeitungsflächen besonders wichtig ist
Ob sich der zusätzliche technische Aufwand lohnt, hängt jedoch immer vom konkreten Bauteilspektrum ab.
Was ist eine 3+2 Achs Bearbeitung?
Bei der 3+2 Bearbeitung wird das Werkstück mithilfe von zwei Rundachsen in eine definierte Lage gebracht. Während der anschließenden Fräsbearbeitung bleiben diese Rundachsen stehen. Die eigentliche Bearbeitung erfolgt über X, Y und Z.
Diese Vorgehensweise wird auch als angestellte oder positionierte Bearbeitung bezeichnet. Sie eignet sich beispielsweise für mehrere Werkstückseiten, schräge Bohrungen und Flächen, die aus verschiedenen festen Richtungen bearbeitet werden.
Der wesentliche Vorteil liegt darin, dass mehrere Bearbeitungslagen innerhalb einer Aufspannung erreicht werden können. Das kann Rüstvorgänge reduzieren und die Zuordnung der bearbeiteten Flächen zueinander verbessern.
3+2 Achsen sind daher nicht einfach eine Zwischenlösung. Für viele Werkstücke ist diese Strategie bereits die technisch und wirtschaftlich passende Antwort.
Was unterscheidet die simultane 5 Achs Bearbeitung?
Bei der simultanen 5 Achs Bearbeitung können die drei Linearachsen und zwei Rundachsen während des Fräsprozesses koordiniert bewegt werden. Dadurch lässt sich die Werkzeugorientierung während der Bearbeitung verändern.
Das ist besonders bei Freiformflächen, komplexen Übergängen und schwer zugänglichen Konturen interessant. Gleichzeitig steigen jedoch die Anforderungen an Maschine, Steuerung, CAM Programmierung, Simulation und Prozessverständnis.
Eine simultane Bewegung ist deshalb nicht bei jedem Bauteil notwendig. Entscheidend ist nicht, möglichst viele Achsen gleichzeitig zu bewegen, sondern den Bearbeitungsweg zu wählen, der Qualität, Prozesssicherheit und Wirtschaftlichkeit sinnvoll verbindet.
3 Achs, 3+2 oder simultan: ein direkter Vergleich
Kriterium | 3 Achs | 3+2 Achs | Simultane 5 Achs Bearbeitung |
Bewegte Achsen während des Fräsens | X, Y, Z | X, Y, Z nach Positionierung | Linearachsen und Rundachsen koordiniert |
Typische Bauteile | Taschen, Konturen, Bohrbilder, einfache 3D Formen | mehrere Seiten, schräge Flächen, angestellte Bohrungen | Freiformflächen und komplexe Geometrien |
Umspannen | je nach Anzahl der Seiten häufiger | häufig reduzierbar | häufig stark reduzierbar |
CAM Aufwand | vergleichsweise gering | mittel | höher |
Platz auf dem Maschinentisch | weitgehend frei nutzbar | durch Rundschwenktisch eingeschränkt | durch Rundschwenktisch eingeschränkt |
Wirtschaftlicher Einsatz | einfache bis mittlere Geometrien | Mehrseitenbearbeitung | komplexe, anspruchsvolle Bauteile |
Die Tabelle zeigt: Keine Variante ist grundsätzlich überlegen. Die wirtschaftlich beste Lösung ergibt sich aus Werkstück, Losgröße, Toleranzen, Bearbeitungszeit und verfügbarer Programmierkompetenz.
Warum ein abnehmbarer Rundschwenktisch interessant sein kann
In vielen Betrieben verändert sich das Teilespektrum. Heute werden einfache Platten, Gehäuse oder Vorrichtungsteile gefertigt, morgen ein Werkstück mit mehreren Bearbeitungsseiten. Eine dauerhaft festgelegte Maschinenkonfiguration passt deshalb nicht immer zu allen Aufgaben.
Ein zusätzlicher, abnehmbarer Rundschwenktisch kann hier Flexibilität schaffen. Für klassische 3 Achs Arbeiten bleibt der Arbeitsraum für Schraubstock, Spannplatte oder individuelle Vorrichtungen nutzbar. Wenn zusätzliche Bearbeitungsrichtungen erforderlich sind, kann die Maschine entsprechend erweitert beziehungsweise konfiguriert werden.
Dabei müssen technische Punkte wie Einbauraum, Tragfähigkeit, Störkonturen, Genauigkeit, Nullpunkt, Steuerung und CAM Prozess von Anfang an berücksichtigt werden. Der Vorteil liegt nicht allein in zwei zusätzlichen Achsen, sondern in der Möglichkeit, die Maschine gezielter an wechselnde Aufgaben anzupassen.
Praxisbeispiel: Ein kompaktes Aluminium Demoteil
Die Aufnahmen zeigen die Bearbeitung eines kleinen Aluminium Demoteils im Schraubstock. Das Beispiel macht einen wichtigen Punkt sichtbar: Auch wenn zusätzliche Rundachsen in einer Maschine vorhanden oder vorbereitet sind, muss nicht jedes Bauteil fünfachsig bearbeitet werden.
Für die gezeigte Aufspannung stehen Zugänglichkeit, sichere Spannung und ein klarer Werkzeugzugriff im Mittelpunkt. Welche Bearbeitungsstrategie geeignet ist, wird bereits vor dem ersten Span festgelegt. Dazu gehören unter anderem:
Geometrie und Bearbeitungsseiten prüfen
geeignete Aufspannung festlegen
Werkzeugzugänglichkeit und mögliche Störkonturen kontrollieren
Bearbeitungsreihenfolge planen
Werkzeug und Schnittdaten auswählen
Programm simulieren und anschließend kontrolliert einfahren
Der vorhandene Achsumfang sollte also nicht die Bearbeitungsstrategie bestimmen. Umgekehrt muss die Strategie aus den tatsächlichen Anforderungen des Bauteils entstehen.
Für Drehzahl, Vorschub, Spanungsdicke, Zeitspanvolumen, Schnittkraft, Leistung und Drehmoment kann ergänzend der kostenlose CNC Schnittdatenrechner von ABEL Technologies verwendet werden.
Welche Bearbeitungsstrategie ist wirtschaftlich sinnvoll?
Eine Entscheidung sollte nicht ausschließlich anhand der Bauteilkomplexität getroffen werden. Auch Stückzahl, Wiederholteile, Rüstzeit, erforderliche Toleranzen und verfügbare CAM Kenntnisse spielen eine Rolle.
Eine 3 Achs Bearbeitung ist häufig sinnvoll, wenn:
das Werkstück hauptsächlich von einer Seite zugänglich ist
nur wenige zusätzliche Aufspannungen erforderlich sind
einfache oder prismatische Geometrien dominieren
eine schnelle und übersichtliche Programmierung wichtig ist
der Tischraum flexibel genutzt werden soll
Eine 3+2 Bearbeitung ist häufig sinnvoll, wenn:
mehrere Werkstückseiten in einer Aufspannung erreichbar sein sollen
schräge Flächen oder Bohrungen vorgesehen sind
Umspannvorgänge reduziert werden sollen
feste Anstellwinkel für die Bearbeitung ausreichen
Eine simultane 5 Achs Bearbeitung kommt besonders infrage, wenn:
die Werkzeugorientierung während des Fräsens verändert werden muss
komplexe Freiformflächen bearbeitet werden
Konturen mit festen Anstellungen nicht ausreichend zugänglich sind
die Geometrie einen koordinierten Bewegungsablauf aller Achsen verlangt
Vor einer Investitionsentscheidung sollte deshalb nicht nur die maximale Achsanzahl betrachtet werden. Aussagekräftiger ist eine Auswahl typischer Werkstücke, anhand derer sich Bearbeitungsstrategie, Arbeitsraum, Spannkonzept, Werkzeuge und CAM Prozess beurteilen lassen.
Flexible CNC Lösungen für unterschiedliche Bauteile
Für klassische Bearbeitungsaufgaben mit frei nutzbarem Maschinentisch bietet eine kompakte 3 Achs CNC Fräsmaschine eine wirtschaftliche Grundlage.
Die MPS 3m verbindet einen kompakten Maschinenaufbau mit unterschiedlichen Konfigurationsmöglichkeiten. Wenn komplexe Geometrien und mehrere Bearbeitungsseiten im Mittelpunkt stehen, kann eine kompakte 5 Achs CNC Fräsmaschine wie die MPS 5m die passende Lösung sein.
Unabhängig von der Achskonfiguration müssen Werkzeug, Werkstoff und Bearbeitungsstrategie aufeinander abgestimmt werden. Wie Drehzahl, Vorschub, Spanungsdicke, Leistung und Drehmoment zusammenhängen, erklären wir im Fachbeitrag Schnittdaten beim CNC Fräsen berechnen.
Für die Auswahl sind unter anderem folgende Fragen relevant:
Welche Werkstoffe sollen bearbeitet werden?
Wie groß und schwer sind die typischen Werkstücke?
Welche Bearbeitungsseiten müssen erreichbar sein?
Welche Spindeldrehzahlen und Werkzeuge werden benötigt?
Wie häufig wechseln Bauteile und Aufspannungen?
Wird positioniert oder simultan fünfachsig bearbeitet?
Auf dieser Grundlage lässt sich beurteilen, welche Maschinenkonfiguration zur tatsächlichen Anwendung passt.
Fazit
3 Achs und 5 Achs Bearbeitung sind keine direkten Gegensätze. Viele Bauteile lassen sich dreiachsig effizient und präzise fertigen. Zusätzliche Rundachsen bringen ihre Vorteile dort ein, wo mehrere Seiten, schräge Flächen oder komplexe Konturen zugänglich werden müssen.
Eine flexible Maschinenkonfiguration kann besonders dann interessant sein, wenn sich das Teilespektrum verändert und sowohl klassische 3 Achs Aufgaben als auch Mehrseitenbearbeitungen vorgesehen sind. Maßgeblich bleibt jedoch immer das Bauteil. Erst daraus ergeben sich die passende Aufspannung, Achskonfiguration und Bearbeitungsstrategie.
Sie möchten unterschiedliche Bauteile oder Maschinenkonfigurationen vergleichen? Senden Sie uns gern einige Angaben zu Werkstoff, Abmessungen, Gewicht, Geometrie und gewünschter Bearbeitung. Auf dieser Grundlage können wir die grundsätzlich passende Konfiguration gemeinsam eingrenzen.
Häufig gestellte Fragen
Was ist der Unterschied zwischen 3 Achs und 5 Achs Fräsen?
Beim 3 Achs Fräsen erfolgt die Bearbeitung über die drei Linearachsen X, Y und Z. Eine 5 Achs Maschine verfügt zusätzlich über zwei Rundachsen, mit denen das Werkstück oder Werkzeug aus weiteren Richtungen positioniert beziehungsweise während der Bearbeitung bewegt werden kann.
Wann lohnt sich eine 5 Achs Bearbeitung?
Sie kann sich lohnen, wenn mehrere Werkstückseiten, schräge Flächen, schwer zugängliche Konturen oder komplexe Freiformflächen bearbeitet werden müssen. Ob sie wirtschaftlich ist, hängt auch von Stückzahl, Rüstzeit, Toleranzen und Programmieraufwand ab.
Was bedeutet 3+2 Achs Bearbeitung?
Bei der 3+2 Bearbeitung positionieren zwei Rundachsen das Werkstück in einer festgelegten Lage. Während der anschließenden Fräsbearbeitung bleiben sie stehen und die Bearbeitung erfolgt über X, Y und Z.
Ist 5 Achs Fräsen immer genauer als 3 Achs Fräsen?
Nein. Die erreichbare Genauigkeit hängt unter anderem von Maschinenaufbau, Kinematik, Messsystemen, Aufspannung, Werkzeugen, Temperatur, Programmierung und Prozessführung ab. Mehr Achsen bedeuten nicht automatisch eine höhere Genauigkeit.
Kann eine 3 Achs CNC Fräsmaschine mit einem Rundschwenktisch erweitert werden?
Das ist abhängig von Maschinenkonzept, Steuerung, Arbeitsraum, Schnittstellen und vorgesehener Kinematik. Bei einer entsprechend ausgelegten Maschine kann ein zusätzlicher Rundschwenktisch eine flexible Ergänzung für positionierte oder fünfachsige Aufgaben sein.
Welche Angaben werden für die Auswahl einer CNC Maschine benötigt?
Hilfreich sind Werkstoff, maximale Abmessungen und Gewicht, typische Geometrien, Toleranzen, gewünschte Oberflächen, Stückzahlen, Werkzeuge, Spindelanforderungen und die benötigten Bearbeitungsseiten.
