Wie löst die Fünfachsen-CNC-Bearbeitung fünf große Herausforderungen komplexer Oberflächenbearbeitung in der Formfertigung?

Wie löst die Fünfachsen-CNC-Bearbeitung fünf große Herausforderungen komplexer Oberflächenbearbeitung in der Formfertigung?

In der Formfertigungsindustrie war die Bearbeitung komplexer Oberflächen schon immer eine technische Herausforderung. Traditionelle dreiachsige CNC-Maschinenmaschinen erfordern oft mehrere Einstellungen und Prozesse, wenn sie mit komplexen geometrischen Formen wie tiefen Hohlräumen, Unterschnitten und unregelmäßigen Strukturen zu tun haben, was zu geringer Effizienz und möglichen Genauigkeitsproblemen aufgrund kumulativer Fehler führt. Das Aufkommen der Fünfachsen-CNC-Bearbeitungstechnologie hat dieses Feld revolutioniert. Als professionelles Ingenieurteam bei Brightstar Prototype CNC Co., Ltd haben wir die transformative Wirkung der Fünf-Achsen-Bearbeitung in der hochpräzisen Formfertigung in Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie und Medizintechnik tief erlebt.

Dieser Artikel wird untersuchen, wie die Fünfachsen-CNC-Bearbeitung effizient die fünf Hauptherausforderungen komplexer Oberflächenbearbeitung in der Formfertigung adressiert und ihre technischen Vorteile anhand von praxisnahen Fallstudien aufzeigt.

1. Tiefe Hohlformbearbeitung: Vermeidung von Werkzeugstörungen und Verbesserung der Schneideeffizienz

Tiefe Hohlraumstrukturen finden sich häufig in Automobilgussformen, großen Spritzgussformen usw. und zeichnen sich durch erhebliche Tiefe und steile Seitenwände aus. Bei dreiachsigen Maschinen führt das Bearbeiten tiefer Hohlräume aufgrund von Werkzeuglängenbeschränkungen oft zu Vibrationen, Werkzeugdurchbiegung oder sogar Bruch, was zu einer schlechten Oberflächenqualität führt.

Fünfachsige CNC-Maschinen passen den Werkzeugwinkel dynamisch an, um Interferenzen mit dem Werkstück zu vermeiden und gleichzeitig den optimalen Schneidkontakt beizubehalten. Beispielsweise verwendet Brightstar Prototype CNC Co., Ltd beim Bearbeiten einer Autostoßstangenform eine fünfachsige Seitenfrästechnologie, die sicherstellt, dass das Werkzeug stets im besten Winkel einrastet, was die radialen Schneidkräfte reduziert und die Bearbeitungsstabilität verbessert. Laut Forschung, die im International Journal of Machine Tools and Manufacture veröffentlicht wurde, kann die fünfachsige Tiefenkavitätsbearbeitung Werkzeugverschleiß um über 50 % reduzieren und die Materialentfernungsraten im Vergleich zur Dreiachsenbearbeitung um mehr als 30 % erhöhen (Quelle: IJMTM, 2021).

2. Unterschnittsbearbeitung: Einstufiges Formen und Reduzierung des Elektrodenverschleißes

Ausgeschnittene Strukturen sind in Kunststoffformen und Druckgussformen weit verbreitet. Traditionelle Methoden basieren auf elektrischer Entladungsbearbeitung (EDM), die maßgeschneiderte Elektroden erfordert, was zu hohen Kosten und langen Vorlaufzeiten führt. Fünf-Achsen-Maschinen nutzen Werkzeugachsenvektorsteuerung, um das Werkstück aus verschiedenen Winkeln zu nähern, was das direkte Fräsen von Unterschnittsbereichen ermöglicht und EDM-Prozesse erheblich reduziert.

Zum Beispiel erforderte ein medizinisches Gerät eine Kniegelenksform mit komplexen inneren Unterschnitten. Die Verwendung einer Dreiachsenmaschine würde erfordern, die Form für die Montage in mehrere Teile aufzuteilen. Das Brightstar-Team verfolgte jedoch eine Fünfachsen-Gleichzeitbearbeitungsstrategie und fertigte die gesamte Form in einem einzigen Vorgang fertig. Dies verkürzte nicht nur die Lieferzeit, sondern verbesserte auch die Dichtungsleistung und Lebensdauer der Form.

3. Freiformige Oberflächenbearbeitung: Hochpräzises Glätten und reduzierendes manuelles Polieren

Freiformoberflächen sind in Automobil-Außenteilen und hochwertigen Unterhaltungselektronikformen üblich. Traditionelle Bearbeitungsmethoden hinterlassen oft sichtbare Werkzeugspuren, die umfangreiches manuelles Polieren erfordern, was zeitaufwendig und inkonsistent ist.

Fünfachsige CNC-Maschinen verwenden kontinuierliche Bahnbewegung (CPM), um das Werkzeug senkrecht zur Oberflächennormalität zu halten und so gleichmäßiges Schneiden zu gewährleisten. So verwendete Brightstar beispielsweise bei der Bearbeitung der Kühlergrillform einer Luxusautomarke eine Hochgeschwindigkeits-Fünfachsen-Finishing-Strategie und erreichte eine Oberflächenrauheit von 0,4μm mit nahezu keiner Nachbearbeitungspolierung. Laut CIRP Annals kann die Freiform-Bearbeitung mit fünf Achsen die manuelle Bearbeitungszeit um 80 % reduzieren (Quelle: CIRP, 2022).

 4. Dünnwandteilbearbeitung: Minimierung von Verformungsrisiken und Verbesserung der Maßstabilität

Dünnwandformen (z. B. Smartphone-Rahmen, Drohnengehäuse) sind anfällig für Verformungen oder sogar Verschrottungen während der Bearbeitung aufgrund von Schneidkräften. Dreiachsen-Maschinen mit ihren starren Zuführmechanismen haben Schwierigkeiten, sich an die flexiblen Anforderungen von Dünnwandteilen anzupassen.

Die Fünf-Achsen-Bearbeitung verwendet Schneidstrategien mit variablem Winkel, um die Zuführrichtungen dynamisch anzupassen und die Schneidkräfte gleichmäßig zu verteilen. Beispielsweise verwendete Brightstar bei der Bearbeitung eines dünnwandigen Luft- und Raumfahrtbauteils aus Titanlegierung trochoidale Fräsarbeiten in Kombination mit gleichzeitiger Fünfachsenbearbeitung, wodurch die Verformung auf 0,02 mm begrenzt wurde – weit über der 0,05-mm-Toleranzanforderung des Kunden hinaus.

5. Mehrwinkel-Verbundstrukturbearbeitung: Reduzierung von Aufbauten und Verbesserung der Positionsgenauigkeit

Hochleistungsformen (z. B. Turbinenschaufel, Präzisionsgetriebe) verfügen oft über Mehrwinkel-Verbundgeometrien. Traditionelle Methoden erfordern mehrere Setups, was zu Ineffizienzen und möglichen Fehlern durch Datenverschiebungen führt. Die RTCP-Funktion (Rotational Tool Center Point) der Fünf-Achsen-Maschinen ermöglicht eine vollständige Bearbeitung in einem einzigen Aufbau durch Drehen des Arbeitstisches.

Zum Beispiel eine große Energielaufradform mit 12 Durchflusskanälen in unterschiedlichen Winkeln, mit Konsistenzfehlern ≤0,03 mm. Brightstar nutzte die dynamische Koordinatensystem-Transformationstechnologie auf einer Fünfachsen-Maschine, wobei alle Funktionen in einem Setup abgedeckt wurden und Umpositionierungsfehler vermieden wurden. Die Abschlussprüfung ergab eine 100%ige Bestehensquote.

Vorteile der fünfachsigen Bearbeitung von Brightstar Prototype CNC Co., Ltd.

Als professioneller Anbieter von fünfachsiger CNC-Bearbeitung verfügt Brightstar Prototype CNC Co., Ltd über umfangreiche Erfahrung in der Formfertigung. Unsere DMG MORI Fünfachsen-Bearbeitungszentren sind mit hochsteifen Drehtischen und intelligenten Antikollisionssystemen ausgestattet, die in der Lage sind, die komplexesten Gussform-Herausforderungen zu meistern. Darüber hinaus nutzt unser Ingenieurteam fortschrittliche CAM-Software wie Hypermill und PowerMill, um Werkzeugbahnen zu optimieren und so effiziente und präzise Bearbeitungsergebnisse zu gewährleisten.

Wenn Sie nach einer zuverlässigen Lösung für die Fünf-Achsen-Formbearbeitung suchen, kontaktieren Sie das Brightstar-Team für maßgeschneiderte Dienstleistungen!

Referenzen:  

1. International Journal of Machine Tools and Manufacture (2021), "Werkzeugwegoptimierung bei der 5-Achsen-Bearbeitung tiefer Hohlräume"  

2. CIRP Annals (2022), "Fortgeschrittene Finishing-Strategien für freie Flächen"  

(Dieser Artikel stammt ursprünglich vom technischen Team der Brightstar Prototype CNC Co., Ltd. Bitte gib die Quelle für den erneuten Beitrag an.)