Wie man ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum mit Zapfenlagerung auswählt

Die meisten 5-Achs-Maschinen, die enttäuschten, waren nicht ungenau. Sie hatten die falsche Größe.

Das Werkstück stieß beim ersten Kippvorgang gegen das Gehäuse. Niemand hatte die Vorrichtung gewogen. Das Werkzeug war 180 mm lang, und die Spindelnase konnte nicht hoch genug gefahren werden. Solche Maschinen werden nicht zurückgeschickt – sie stehen in der Ecke und bearbeiten drei Achsen, was mehr kostet als ihre Rücksendung. Und all das stand im Datenblatt.

Dieser Leitfaden verzichtet daher auf die Theorie – unser Arten von 5-Achs-CNC-Maschinen Der Artikel behandelt das. Hier sind vier Kennzahlen, die Sie selbst messen sollten, sowie die veröffentlichten Spezifikationen von acht Bearbeitungszentren mit Zapfenlagerung.

Vier Kennzahlen, die Sie vor dem Vergleich von Maschinen messen sollten

Die meisten Käufer lesen den Tischdurchmesser, entscheiden sich für „Ø400 klingt passend“ und gehen zur Spindeldrehzahl über. Dann kommt die Maschine an und das Werkstück passt nicht. Hier ist die Reihenfolge, die zum Erfolg führt.

1. Schwenkdurchmesser, nicht Tischdurchmesser

Die Tischgröße entspricht der Scheibe, an der Ihre Vorrichtung befestigt wird. Der Schwenkdurchmesser ist der Kreis, den Ihr Werkstück beim Neigen und Drehen beschreiben kann, ohne anzustoßen. Manchmal liegen diese Werte weit auseinander.

Messen Sie den größten Durchmesser, den Ihr Werkstück beim Drehen beschreibt – inklusive Vorrichtung, Klemmen und ungeschnittenem Material. Dieser Wert wird in der Spalte „Schwingkreis“ und nicht in der Spalte „Tisch“ angezeigt.

Lassen Sie 15 bis 20 Prozent Spielraum nach oben. Ein Teil mit einem Schwenkbereich von 480 mm passt theoretisch in einen Schwenkbereich von 500 mm.

2. Teilegewicht plus Vorrichtungsgewicht

Die Tragfähigkeit des Tisches entspricht nicht dem Gewicht des Werkstücks. Sie umfasst alles, was sich oberhalb der Tischfläche befindet: Werkstück, Vorrichtung, Klemmen, Schraubstock und Unterlegscheibe. Eine Stahlplatte für ein 20 kg schweres Aluminiumgehäuse kann allein 25 kg wiegen. Schätzen statt wiegen? Multiplizieren Sie mit 1,5 bis 2.

Dies ist bei einem Zapfenlager deutlich relevanter als bei einem flachen Drehtisch, da die Last nicht ruht – sie wird um ±110° oder ±120° geneigt und durch zwei Achsen beschleunigt. Die veröffentlichte Abbildung ist statisch. Ein überlastetes Zapfenlager macht sich durch Rattern im Endbearbeitungsprozess bemerkbar, lange bevor etwas bricht.

3. Teilehöhe plus Werkzeuglänge

Der angegebene Spindelabstand muss drei Faktoren berücksichtigen: die Höhe der Vorrichtung, die Werkstückhöhe und das längste Werkzeug inklusive Halter. Ein 200 mm langes Werkstück auf einer 100 mm langen Vorrichtung mit einer 250 mm langen Werkzeugbaugruppe benötigt 550 mm – allein das schließt drei Maschinen aus.

Und denken Sie an die Neigung. Bei 90° entspricht die Bauteilhöhe der Bauteilbreite, und der benötigte Freiraum verlagert sich auf eine andere Achse.

4. Der tatsächlich benötigte Neigungsbereich

Die meisten Teile überschreiten nie ±90°. Wenn Ihres dazu gehört, zahlen Sie nicht mehr.

Hinterschneidungen, negative Entformungsschrägen und Merkmale unterhalb der Trennlinie erfordern, dass die Neigungsachse über die Vertikale hinausgeht. Alle hier vorgestellten Modelle bieten einen Verstellbereich von ±110° oder ±120°. Der U-400D bietet einen Verstellbereich von -20° bis ±110° – eine zusätzliche Reichweite im negativen Bereich, die für Formenbauer besonders wichtig ist.

Eine weitere Entscheidung steht an: Simultane 5-Achs-Bearbeitung oder 3+2-Positionen-Bearbeitung? Für viele Betriebe ist die ehrliche Antwort 3+2. Lesen Sie zunächst den Abschnitt „3+2-Positionen-Bearbeitung vs. simultane 5-Achs-Bearbeitung“ – er beeinflusst Ihre Steuerungs- und CAM-Anforderungen stärker als die Maschine selbst.

Was ein Zapfen ist, in drei Zeilen

Eine Zapfenlagerung (oder Wiege) trägt das Werkstück auf einer zwischen zwei Stützen montierten Kippachse. Im Inneren befindet sich ein rotierender C-Achsen-Tisch. Das Werkstück kippt und dreht sich; das Werkzeug hingegen nicht. Da die Lagerung beidseitig und nicht freitragend ist, bietet diese Methode die höchste Steifigkeit für die Bearbeitung kleiner bis mittelgroßer Werkstücke in fünf Achsen. Der Nachteil liegt in der Größe, da schwerere Werkstücke eine deutlich stabilere Wiege erfordern.

Der Yangsen-Zapfenbereich in drei Tabellen

Tabelle A: Passt mein Werkstück und kann der Tisch es halten? Tabelle B: Kann er mit der benötigten Geschwindigkeit schneiden? Tabelle C: Veröffentlichte Genauigkeit der Drehachse. Alle acht befinden sich innerhalb des breiteren 5-Achs-Bearbeitungszentrumsbereich.

Tabelle A – Spannkraft

Ziehen Sie die vier Zahlen in dieser Tabelle nacheinander durch. Dadurch fallen in der Regel fünf oder sechs der acht Werte weg, bevor Sie sich die Spezifikationen einer einzelnen Spindel ansehen.

Tabelle B – Schneid- und dynamische Leistung

Tabelle C — Veröffentlichte Genauigkeit der Drehachse

Drehachsen in Bogensekunden.

Es handelt sich hierbei um Winkelmaße. Diese lassen sich nicht direkt in Millimetertoleranzen umrechnen, da der beobachtete Fehler davon abhängt, wie weit das Merkmal vom Drehzentrum entfernt ist. Ein Fehler von 10 Bogensekunden entspricht etwa 0,005 mm bei einem Radius von 100 mm und etwa 0,024 mm bei 500 mm. Dieselbe Maschine, völlig unterschiedliche Auswirkungen.

Die veröffentlichten Parameter können sich ändern. Bitte fordern Sie vor Ihrer Angebotserstellung das aktuelle Datenblatt an.

Die Teileübereinstimmung variiert ebenfalls stark je nach Branche – siehe unsere Aufschlüsselung Welche Branchen nutzen vertikale Bearbeitungszentren?.

Ordnen Sie Ihr Teil einem Modell zu

Bohr- und Gewindeschneidrahmen – U-260T → kleine Aluminium-3C-Konstruktion und Hardware, hohe Stückzahl. BT30 mit 20.000 U/min, Drehtisch bis 250 U/min. Die Zykluszeit ist hier entscheidend. Nicht übertreiben: Ein größerer Tisch erhöht nur die rotierende Masse und verlangsamt den Arbeitsablauf.

Vertikalrahmen – U-320V / U-350V → Edelstahl und präzisionsgefertigte mechatronische Bauteile. Nahezu identische Modelle: gleiche Baugröße, gleiche 11 kW / 47 Nm Spindel, gleiche Stellfläche, gleicher Drehdurchmesser von 500 mm. Die Unterschiede liegen im Durchmesser (Ø 320 mm vs. Ø 350 mm) und der Tragfähigkeit (120 kg vs. 150 kg). Wiegen Sie daher Ihre Vorrichtung – unter 120 kg sind beide Modelle geeignet; darüber hinaus ist der U-350V die richtige Wahl.

Ramrahmen – YS-650-5X → Flugzeug- und UAV-Strukturen, die vom Werkzeug erreicht werden müssen. Der Ram bringt die Spindel ohne übermäßigen Überstand in tiefe Aussparungen und schwierige Geometrien und bietet mit 36/36/36 m/min die schnellsten Eilganggeschwindigkeiten der Baureihe. Beachten Sie, dass die Kippachse mit B und nicht mit A gekennzeichnet ist.

Brückenrahmen – U-400D → Formkerne, Graphitelektroden, lange Schlichtzyklen. Der Steifigkeitsspezialist: 1.050 mm Verfahrweg in X-Richtung, 30 kW Spindelleistung und ein Neigungsbereich von -20° bis ±110°, der ohne Umspannen ein negatives Entformungsgefälle ermöglicht. Yangsen gibt die Steifigkeit der Z-Achse mit rund 30 % höher an als bei vergleichbaren Modellen. Sie bearbeiten Graphit? Geben Sie bei der Bestellung das Graphitpaket und die Nebelabsaugung an.

Portalrahmen – U-400 / U-700 → Prototypen, Gelenke, Komponenten für humanoide Roboter. Querträger, Sattel und Stößel, geringe bewegte Masse. Das entscheidende Detail: Der Drehtisch ist direkt mit dem Brückenfuß verbunden, wodurch seine Drehgenauigkeit von den Linearachsen entkoppelt ist. U-400 Die kompakte Variante ist die U-700 mit einem Schwenkbereich von bis zu 850 mm und einer Tragfähigkeit von bis zu 350 kg. Yangsen nennt unter anderem Handrücken und Kopfsegmente für humanoide Roboter als Anwendungsgebiete.

Portalrahmen – U-900 → Motorblöcke, Laufräder und Blisks. Ansonsten praktisch nichts. Die einzige Maschine dieser Baureihe, die ein wirklich schweres Gussteil aufnimmt und es dennoch um ±120° neigt.

Spindel, Werkzeugschnittstelle und Steuerung

Die Benutzeroberfläche ist dreistufig aufgebaut und wird auf das Material abgebildet.

• BT30 — U-260T. Aluminium, Messing, Leichtstahl, wo Geschwindigkeit wichtiger ist als Drehmoment.
• BBT40 — U-320V und U-350V. Klemmsteifigkeit für gemischtes Aluminium und Stahl.
• HSK-A63 — YS-650-5X, U-400D, U-400, U-700, U-900. Der Stirn- und Kegelkontakt hält die Position auch unter hoher Radialbelastung sicher, im Gegensatz zu einer reinen Kegelverbindung. Wenn die Hälfte Ihrer Werkstücke aus Titan besteht, sollten Sie hier nicht sparen.

Steuerungen: Huazhong (HNC), Syntec, Siemens, Heidenhain, FANUC, je nach Modell. Orientieren Sie sich an den Kenntnissen Ihrer Programmierer und den Angeboten Ihres lokalen Servicenetzes – ein Markenwechsel während des Fuhrparks verursacht Kosten, die im Angebot nicht aufgeführt sind.

Für welche Optionen lohnt es sich, zu bezahlen?

Die Verfügbarkeit variiert je nach Modell, daher bitte vor der Budgetplanung prüfen.

• Werkstücksonde. Bei hohem Mix und geringer Lautstärke lohnt es sich. Werden die Setups mehrmals täglich gewechselt? Dann amortisiert es sich innerhalb weniger Monate. Wird ein Scheinwerfer sechs Wochen lang verwendet? Dann steht er ungenutzt herum.
• Kühlung durch die Spindel. Bei tiefen Bohrungen oder Titan ist eine Flutkühlung allein nicht ausreichend, um tiefe Löcher zu reinigen, und bei Titan verkürzt sie die Werkzeugstandzeit.
• Graphitpaket und Nebelabscheider. Unabdingbar beim Schneiden von Graphit. Bei Maschinen, die nicht dafür ausgelegt sind, zahlt man den Preis in Form von Führungsschienen und Spindellagern – das macht den Unterschied zwischen einer fünfjährigen und einer zweijährigen Lebensdauer aus.
• Lineare Skalen. Bei Portalkranmodellen serienmäßig, bei anderen Modellen optional. Empfehlenswert bei hohen Betriebstemperaturen oder langen Zykluszeiten.
• Laser-Werkzeugvoreinstellgerät, automatische Tür, Späneförderer, Öl-Wasser-Abscheider, Kühlmitteltemperaturregelung. In einer Produktionszelle leicht zu rechtfertigen, bei einer Schicht mit kurzen Aufträgen schwierig. Legen Sie Ihr Schichtmodell fest, nicht das aus der Broschüre.

Steifigkeit, Genauigkeit und wie man sie überprüft

Betrachten Sie zunächst die Faktoren, die für die Genauigkeit verantwortlich sind, bevor Sie sich die Zahl ansehen: Fischgräten-Säulenkonstruktion für thermische Symmetrie, weitspannige Führungsschienen, verstärkte Gussteile an den verformungsanfälligen Stellen und direkt angetriebene Drehachsen, die das Schneckengetriebespiel beseitigen, anstatt es in der Software zu kompensieren.

Dann gibt es zwei Dinge, die man beim Vergleich von Angeboten beachten sollte.

Vergleichen Sie Äpfel mit Äpfeln. Tabelle C zeigt Winkelwerte in Bogensekunden. Einige Wettbewerber geben in derselben Tabelle die lineare Positioniergenauigkeit in Millimetern an. Es handelt sich um unterschiedliche Messmethoden.

Ein Datenblatt ist eine Behauptung, kein Beweis. Fragen Sie nach, wie dies demonstriert wird – der Kugelstabtest ist der Standardprüfstandard für Kreis- und Rechtwinkligkeit. Yangsen bietet außerdem virtuelle Werksaudits per VR an, sodass Sie die Prüfung Ihrer Maschine live mitverfolgen können, ohne fliegen zu müssen. Die kostengünstigste Due-Diligence-Prüfung.

Zwei Irrtümer, die echtes Geld kosten

„Ein größerer Tisch ist die sicherere Wahl.“ Die rotierende Masse skaliert mit der Tischgröße. Vergleichen Sie die U-260T mit bis zu 250 U/min mit der U-900 mit 60/70 U/min. Bei kleinen Teilen mit vielen Neigungsbewegungen ist die größere Maschine schlichtweg langsamer – und Sie haben mehr dafür bezahlt.

„Mit einer 5-Achs-Maschine lassen sich komplexe Teile fertigen.“ Die Maschine allein reicht nicht aus. CAM-Strategie, ein geeigneter Postprozessor und ein Bediener mit Kenntnissen in der Werkzeugachsensteuerung sind die andere Hälfte und stellen im ersten Jahr meist den Engpass dar. Investieren Sie jetzt in Software und Schulungen, nicht erst in achtzehn Monaten.

Häufig gestellte Fragen

F: Zapfenverbindung oder Tisch-Tisch-Verbindung – worin besteht der Unterschied?

A: Ein Zapfenlager stützt die Kippachse zwischen zwei Lagern, wobei sich der Drehteller in der Halterung befindet. Bei einer Tisch-Tisch-Konstruktion ist ein Drehtisch auf einem separaten Kipptisch montiert. Das Zapfenlager ist bei gleicher Größe steifer und wird daher vorwiegend bei kleinen und mittelgroßen Bauteilen eingesetzt.

F: Wie schwer kann ein Bauteil sein, das diese Maschinen halten können?

A: 80 kg bis 1.200 kg je nach Modell, inklusive Befestigungsmaterial. Bei den Modellen U-400 und U-400D wird die Tragfähigkeit für horizontale und vertikale Ausrichtung separat angegeben, da sich der Lastpfad mit der Neigung des Zapfens ändert.

F: Simultane 5-Achsen-Bildgebung oder reichen 3+2 Achsen aus?

A: Für einen Großteil der Produktionsarbeit ist 3+2 ausreichend und einfacher zu programmieren und einzustellen. Simultanbewegungen bewähren sich bei kontinuierlichen Freiformflächen – Laufrädern, Blisks, Turbinenschaufeln.

F: BT30, BBT40 oder HSK-A63?

A: Wählen Sie die Fräse nach Material und Schnitttiefe, nicht nach Budget. BT30 für kleine Aluminiumteile bei hohen Drehzahlen. BBT40 für gemischte Aluminium- und Stahlbearbeitungen. HSK-A63 für Titan, Werkzeugstahl und Schlichtbearbeitungen mit großer Reichweite.

F: Wie erhalte ich eine Empfehlung für meine eigene Rolle?

A: Bitte senden Sie uns vier Angaben: Material, Gesamtabmessungen, die einzuhaltende Toleranz und das erwartete Jahresvolumen. Eine Zeichnung oder eine STEP-Datei beschleunigt den Vorgang.

Bevor Sie unterschreiben

• Messen Sie die Schwingungshülle.
• Wiegen Sie das Teil mit seiner Halterung.
• Addiere die Höhenstapel.
• Überlegen Sie sich, wie viel Neigung Sie tatsächlich benötigen.

Anhand dieser vier Kennzahlen werden aus acht Maschinen nur noch ein oder zwei, bevor Spindeldrehzahl und Steuerungsmarke ins Spiel kommen – und so wird verhindert, dass man eine Maschine kauft, die auf dem Papier gut aussieht, aber das Werkstück nicht halten kann.

Bitten Sie dann um drei Dinge: das Datenblatt für Ihre engere Auswahl, eine virtuelle Werksprüfung aus der Ferne und eine Modellempfehlung basierend auf Ihrer Zeichnung.

Die fünfachsige Produktionslinie und die Anwendungswerkstatt befinden sich an den Standorten in den Bezirken Haicang und Jimei.

Senden Sie uns das Teil. Wir teilen Ihnen mit, zu welchem ​​der acht Teile es gehört – und wir sagen Ihnen auch, falls die Antwort „keines davon“ lautet.

Kontaktieren Sie CNC Yangsen, um die passende CNC-Bearbeitungslösung für Ihre Produktionsanforderungen zu finden.