3- und 4-Achsen-Maschinenwerkzeuge werden häufiger verwendet als 5-Achsen-Werkzeuge. Die Kerngründe liegen im umfassenden Einfluss von Faktoren wie Kosten, Komplexität und dem Abgleichsgrad mit relevanten Szenarien. Der Schlüssel zur Wahl zwischen 3-Achsen-, 4- oder 5-Achsen-Werkzeugmaschinen besteht darin, die strukturellen Eigenschaften und Präzision der Bauteile abzustimmen.

1. Hauptgründe für die relativ geringere Anwendungsfrequenz von 5-Achsen-Werkzeugmaschinen

1.1 Kostenfaktoren

• Geringe Anfangsinvestition: 3-Achsen- und 4-Achsen-Maschinenwerkzeuge haben einfache Strukturen, und ihre Herstellungs- und Wartungskosten sind deutlich niedriger als die von 5-Achsen-Maschinenwerkzeugen (der Preisunterschied kann mehrfach sein).
• Niedrige Betriebskosten: 5-Achsen-Maschinenwerkzeuge erfordern komplexere Programmierung, Bediener mit höheren Fähigkeiten sowie teurere Werkzeuge und Vorrichtungen.

1.2 Abschluss mit anwendbaren Szenarien abgleichen

In der industriellen Produktion können mehr als 80 % der Bauteile mit 3- oder 4-Achsen-Werkzeugen ohne die komplexen Funktionen von 5-Achsen-Werkzeugen verarbeitet werden.

• 3-Achsen-Werkzeugmaschinen: Geeignet für Teile mit Ebenen, Stufen, Lochsystemen und einfachen, gekrümmten Oberflächen (wie zylindrische Flächen), wie das Fräsen der Flächen, das Bohren mechanischer Bauteile und die Bearbeitung von Außenkreisen von Drehmaschinen. Sie decken grundlegende Teile wie Formplatten, Wellen und Kartons ab.
• 4-Achsen-Werkzeugmaschinen: Nach dem Hinzufügen einer rotierenden Achse können sie umkreisend verteilte Löcher, Rillen (wie radiale Flanschlöcher), Spiralflächen (wie Schrauben) usw. bearbeiten. Sie eignen sich für die Massenproduktion von Teilen mit Winkelmerkmalen (wie Blattrohlinge und Ventilkerne).
• 5-Achsen-Werkzeugmaschinen: Zielen nur auf Teile mit komplexen, räumlich gekrümmten Oberflächen oder Polyedern (wie Flügel von Flugzeugmotoren, Laufrädern und Formhöhlen). Solche Teile machen einen geringen Anteil in der gesamten Fertigungsindustrie aus (etwa 10 % – 15 %) und konzentrieren sich hauptsächlich auf hochwertige Bereiche (Luft- und Raumfahrt, Präzisionsformen usw.).

1.3 Programmierung und Betriebskomplexität

• Einfache Programmierung für 3/4-Achsen: CAM-Softwareprogrammierung für 3- oder 4-Achsen ist intuitiver, und die Ausbildungszeit für Ingenieure ist kurz.
• Professionelle Unterstützung erforderlich für 5-Achsen: 5-Achsen-Verknüpfungsprogrammierung muss Probleme wie Werkzeugstörungen bewältigen, und die Nachbearbeitung ist komplex, was hohe Fähigkeiten von Bedienern erfordert.

2. Auswahlkriterien für 3-, 4- und 5-Achsen-Werkzeugmaschinen

2.1 Geometrische Eigenschaften von Teilen

Die geometrischen Eigenschaften der Bauteile (insbesondere die Verteilung der gekrümmten Flächen, Winkel und Lochpositionen) sind entscheidend für die Anzahl der Achsen des Werkzeugmaschinen.

2.1.1 Anwendbare Szenarien für 3-Achsen-Werkzeugmaschinen

• Einfache Geometrie: Hobelfräsen, Bohren, Gewindenschneiden, Konturverarbeitung (wie Platten- und Boxteile).
• Einseitige Verarbeitung: Alle Funktionen müssen aus einer Richtung (vertikal oder horizontal) ausgeführt werden.
• Kostengünstige Nachfrage: Begrenztes Budget oder Verarbeitungsaufgaben erfordern keine komplexen Winkelanpassungen.

2.1.2 Anwendbare Szenarien für 4-Achsen-Werkzeugmaschinen

• Zylindrische Oberflächenmerkmale: Verarbeitung, die sich um eine einzige Achse drehen muss (wie z. B. Zahnräder, Nocken, zylindrische Schnitzerei).
• Indexierungsverarbeitung: Positionierung durch die Rotationsachse Indexierung zur Verkürzung der Spannzeiten (z. B. mehrflächiges Fräsen, gleichmäßig verteilte Löcher).
• Mittlere Komplexität: Flexibler als 3-Achsen-Verbindung, aber keine 5-Achsen-Verbindung.

2.1.3 Anwendbare Szenarien für 5-Achsen-Werkzeugmaschinen

• Komplexe gekrümmte Oberflächen: Teile, die eine kontinuierliche Mehrwinkelverarbeitung erfordern (wie Laufräder, Luft- und Raumfahrtstrukturen, medizinische Implantate).
• Hohe Präzisionsanforderungen: Vermeiden Sie die Ansammlung von Fehlern durch mehrere Klemmungen.
• Einzelklemmformung: Verbesserung der Verarbeitungseffizienz hochwertiger Bauteile.

2.2 Präzision und Chargenanforderungen

2.2.1 Präzisionsanforderungen

• Gewöhnliche Präzision (±0,01 mm): 3-Achs- und 4-Achsen sind ausreichend (Autoteile, allgemeine Maschinen)
• Hohe Präzision (±0,005 mm): Komplexe Bauteile benötigen 5-Achsen (um Spannfehler zu reduzieren)

2.2.2 Produktionsserie

• Kleine Chargen/Komplexe Teile: 5-Achs-Technik verbessert die Effizienz (Einzelspannen)
• Massenproduktion/Einfache Teile: 3-Achsen/4-Achsen sind wirtschaftlicher