Wie mehrachsige CNC-Drehzentren die Produktivität und Genauigkeit verbessern

Höchste Präzision durch einrichtungslose Mehrachsen-Bearbeitung

Einhaltung strenger Toleranzanforderungen in der hochpräzisen Fertigung

Moderne Branchen wie die Luftfahrt- und Medizingerätefertigung erfordern Toleranzen unter 0,001 mm – eine Grenze, die nur mit mehrachsigen CNC-Drehzentren erreicht werden kann. Diese Systeme gewährleisten Positionsgenauigkeit bei komplexen Geometrien, indem sie manuelle Neujustierungsfehler vermeiden, wie sie bei herkömmlichen 3-Achs-Prozessen auftreten, und sorgen so für konsistente Präzision an gekrümmten Flächen und tiefen Taschen.

Verminderung kumulativer Fehler durch minimiertes Handling und erneutes Ausrichten

Bei der traditionellen Bearbeitung besteht bei jeder Handhabung von Teilen zwischen den Arbeitsschritten das Risiko von Fehlausrichtungen, die laut aktuellen Branchenerkenntnissen etwa 0,005 mm betragen können. An dieser Stelle kommen Mehrachs-Maschinen zum Einsatz. Diese Systeme führen rund 95 % aller Bearbeitungsschritte durch, während das Werkstück sicher fixiert bleibt, wodurch die wichtigen Maße während des gesamten Prozesses konsistent gehalten werden. Nach Analyse tatsächlicher Daten aus der Fertigung haben Hersteller festgestellt, dass sich die Gesamtgenauigkeit der Form stark verbessert, wenn von Standardaufbauten auf 5- oder sogar 6-Achs-Konfigurationen umgestellt wird. Die Fehlerquote sinkt dabei um etwa zwei Drittel im Vergleich zu mehreren separaten Bearbeitungsschritten. Dies macht sich besonders bei komplexen Bauteilen, bei denen Präzision entscheidend ist, deutlich in der Produktionsqualität bemerkbar.

Fallstudie: Produktion von Luftfahrtkomponenten mit einer Toleranz unter 0,001 mm mithilfe eines 6-Achs-CNC-Drehcenters

Ein bedeutender Akteur in der Luftfahrtfertigung hat seine Zykluszeiten für Turbinengehäuse um rund 40 % gesenkt, nachdem er auf 6-Achs-CNC-Drehzentren umgestellt hat. Diese fortschrittlichen Maschinen bearbeiten komplexe gekrümmte Brennstoffdüsen mit außergewöhnlicher Präzision – eine Genauigkeit von etwa 0,0008 mm an 78 verschiedenen Dichtstellen. Dieses Maß an Kontrolle machte nachgeschaltete Schleifarbeiten vollständig überflüssig, und jedes einzelne Bauteil bestand die Qualitätsprüfung bereits beim ersten Versuch. Was diese Anordnung besonders effizient macht, ist, dass alles innerhalb von nur zwei Stunden erledigt wird, beginnend mit dem Einspannen des Werkstücks. Diese kurze Durchlaufzeit hilft, Probleme durch Wärmeansammlung zu vermeiden, wie sie typischerweise bei längeren Produktionsläufen auftreten und die zu Verzug führen sowie kostspielige Nacharbeiten verursachen können.

Steigerung der Produktivität durch Verringerung von Rüstzeiten und Workflow-Unterbrechungen

Weniger Aufspannungen dank 5-Achs-Fähigkeiten und angetriebener Werkzeuge in CNC-Drehzentren

Die neuesten 5-Achs-CNC-Drehzentren können komplexe Bauteile aus verschiedenen Winkeln in einem einzigen Arbeitsgang herstellen, sodass kein wiederholtes Anhalten und manuelles Umspannen der Teile erforderlich ist. Diese Maschinen verfügen über integrierte angetriebene Werkzeuge, die es ihnen ermöglichen, neben dem eigentlichen Drehvorgang auch Funktionen wie Fräsen und Bohren durchzuführen. Ein aktueller Bericht über CNC-Bearbeitung aus dem Jahr 2024 zeigte ziemlich beeindruckende Ergebnisse. Fabriken, die auf diese fortschrittlichen Systeme umgestiegen sind, konnten ihre Rüstzeiten im Vergleich zu älteren 3-Achs-Maschinen um 40 bis fast 60 Prozent senken. Noch besser ist, dass sie während des gesamten Prozesses eine außerordentlich enge Toleranz von ±0,005 mm einhalten konnten. Diese Art von Effizienz macht einen großen Unterschied in Produktionsumgebungen, in denen jede Minute zählt.

Quantifizierte Verbesserungen: Bis zu 50 % Reduzierung der Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten in automobilen Anwendungen

Hersteller von Autoteilen verzeichnen bei Serienteilen wie Turboladergehäusen und Getriebestangen einen Anstieg der Bearbeitungszeiten um rund 45 bis 50 Prozent, wenn sie diese hochmodernen Mehrachs-CNC-Drehmaschinen einsetzen. Der eigentliche Vorteil liegt darin, die Anzahl der manuellen Eingriffe während der Produktion zu reduzieren, wodurch etwa 12 bis 18 Minuten Stillstandszeit zwischen den Rüstvorgängen eingespart werden, zusätzlich werden lästige Ausrichtprobleme vermieden, die sich im Laufe der Zeit häufen. Ein großer Zulieferer hat kürzlich seine Durchlaufzeiten für Elektrofahrzeug-Motorkomponenten nahezu halbiert, nachdem er fortschrittliche 7-Achs-Dreh-Frässysteme mit automatischen Palettenwechslern eingeführt hat. Das ist auch logisch, da sich jede gesparte Minute bei mehreren tausend monatlich produzierten Einheiten summieren lässt.

Abwägung der Anfangsinvestition gegen langfristige Effizienz und ROI

Obwohl mehrachsige CNC-Systeme 20–35 % höhere Anschaffungskosten als herkömmliche Modelle haben, amortisieren die meisten Hersteller diese Investition innerhalb von 18–24 Monaten durch messbare Effizienzsteigerungen:

• 30–40 % niedrigere Arbeitskosten pro Bauteil
• 15–25 % geringere Ausschussraten aufgrund weniger Rüstvorgänge
• 80–90 % schnellere Umstellung bei gemischten Produktionschargen

Die betriebliche Flexibilität fortschrittlicher CNC-Drehzentren zukunftssichert auch Produktionslinien und eignet sich daher gut für sich wandelnde Anforderungen in der Elektrofahrzeugproduktion und der Präzisionsrobotik.

Komplexe Geometrien ohne Sekundäroperationen ermöglichen

Intrikate Bauteilgestaltungen in einem einzigen Zyklus eines CNC-Drehzentrums fertigen

Mehrachsige CNC-Drehzentren können alle Arten komplizierter Bauteilmerkmale wie spiralförmige Bahnen und schwierige Hinterschneidungen bereits in einem einzigen Bearbeitungszyklus bearbeiten. Dadurch entfallen zusätzliche Arbeitsschritte oder Nachbearbeitungsprozesse nach dem ersten Schnitt. Laut einer Studie aus dem vergangenen Jahr haben etwa 89 Prozent der Werkstätten, die auf 5-Achs-Maschinen umgestiegen sind, ihre Nacharbeitungskosten um 30 bis 60 Prozent gesenkt. Warum? Weil diese Systeme die Werkzeuge während des Schneidevorgangs gleichzeitig positionieren, wodurch jene Ausrichtungsprobleme vermieden werden, die bei mehreren separaten Arbeitsschritten in herkömmlichen Fertigungsanlagen häufig auftreten.

Vorteile der Mehrachsen-Bearbeitung für medizinische, militärische und leistungskritische Komponenten

Mehrachs-Systeme sind in regulierten Branchen mittlerweile unverzichtbar, wenn es um die Bearbeitung von Bauteilen wie titanbasierten Wirbelsäulenimplantaten geht, bei denen die Positionsgenauigkeit unter 0,005 mm liegen muss, oder um die Herstellung von Artilleriekomponenten, die extrem feine, im Mikrometerbereich liegende Oberflächen erfordern. Berichte aus der Fertigung zeigen ebenfalls deutliche Verbesserungen: Viele führende Hersteller verzeichnen eine Beschleunigung der Qualifizierung von Rüstungsteilen um etwa 40 %, da die Mitarbeiter Teile nicht mehr so häufig zwischen Fräs- und Drehstationen transportieren müssen. Für medizinische Geräte hilft dieser integrierte Aufbau besonders, Kontaminationsprobleme zu reduzieren, da keine Werkstücke mehr zwischen verschiedenen Bearbeitungsbereichen transferiert werden müssen, was unerwünschte Partikel in empfindliche Anwendungen einführen könnte.

Trend: Steigende Nachfrage nach organischen und asymmetrischen Formen in der Präzisionsfertigung

Luft- und Raumfahrtentwickler spezifizieren heute 78 % mehr strömungsoptimierte Turbinenschaufeln, die eine NURBS-Oberflächenmodellierung (nicht-uniforme rationale B-Spline) erfordern, während Gehäuse für EV-Batterien zunehmend topologieoptimierte Gitterstrukturen übernehmen. Moderne CNC-Drehzentren meistern diese Anforderungen mit Spindeldrehzahlen von über 12.000 U/min und radialem Werkzeugzugang und ermöglichen Wanddicken unter 0,3 mm ohne zusätzliche Dünnschichtverfahren.

Integrierte Bearbeitung: Kombination von Drehen, Fräsen und Bohren auf einer Plattform

Durchsatzmaximierung mit multifunktionalen CNC-Drehzentren

Die neuesten mehrachsigen CNC-Drehzentren kombinieren Drehen, Fräsen und Bohren in einer einzigen Maschine, wodurch viele Probleme behoben werden, die bei veralteten Aufbauten mit mehreren Maschinen entstanden sind. Laut Branchendaten aus dem Jahr 2023 können Hersteller nun etwa 85 bis 95 Prozent der geforderten Bauteilmerkmale bereits in einem einzigen Arbeitsschritt fertigen. Ein Blick auf das Angebot im Thomas Supplier Discovery-Service zeigt, dass diese 5-Achs-Systeme es ermöglichen, konturgenaues Fräsen und präzises Drehen gleichzeitig durchzuführen. Praxisnahe Tests an Getriebekomponenten zeigten, dass sich die Bearbeitungszeiten um bis zu 40 % verringern ließen. Eine solche Effizienz macht einen großen Unterschied für Fertigungsbetriebe, die wettbewerbsfähig bleiben möchten.

Ausschaltung von Zwischenverlagerungen zwischen Maschinen zur Reduzierung von Fehlern und Stillstandszeiten

Das Verschieben von Teilen von einer Maschine zur anderen kann die Ausrichtung erheblich stören und frisst laut der Phas.io-Studie aus dem Jahr 2024 pro Vorgang etwa 12 bis 18 Minuten. Die neueren Generationen von CNC-Drehzentren verfügen über integrierte angetriebene Werkzeuge und Nebenspindeln, wodurch die Positionsgenauigkeit auf etwa ±0,005 Millimeter gehalten wird, selbst bei sequenziellen Mehrfachoperationen. Diese Systeme arbeiten nach einem kontinuierlichen Prozessprinzip, das verhindert, dass sich im Laufe der Zeit kleine Fehler akkumulieren. Sie eignen sich besonders gut zur Herstellung komplexer Teile ohne Unterbrechung – denken Sie an Hydraulikventilgehäuse oder Turbinenwellen, bei denen während des gesamten Fertigungsprozesses höchste Präzision erforderlich ist.

Fallstudie: Schwenkkopf-Mehrachs-Maschinen fertigen chirurgische Instrumente vollständig in einer Aufspannung

Ein europäisches Unternehmen, das medizinische Geräte herstellt, erzielte kürzlich eine beeindruckende Erstprüfabnahmequote von 98 % bei der Produktion jener winzigen Titan-Knochenschrauben mit integrierten Innensechskant und Gewindeenden. Dies gelang mithilfe dieser fortschrittlichen 7-Achs-Schweizer-Drehmaschinen. Was macht diese Maschinen so besonders? Nun, sie verfügen über eine Y-Achsen-Fräsfunktion sowie gegenläufige Spindeln, die alle Arbeitsschritte von Anfang bis Ende bewältigen. Alle 23 verschiedenen Fertigungsschritte werden insgesamt in nur 11 Minuten abgeschlossen. Das reduziert die Produktionszeit erheblich – etwa zwei Drittel schneller als zuvor mit mehreren separaten Maschinen, die zusammenarbeiten mussten.

FAQ-Bereich

Was sind Mehrachs-CNC-Drehzentren?

Mehrachs-CNC-Drehzentren sind fortschrittliche Bearbeitungssysteme, die verschiedene Operationen wie Drehen, Fräsen und Bohren in einer einzigen Aufspannung durchführen können. Diese Maschinen sind mit mehreren Achsen ausgestattet, um eine höhere Präzision und die Fähigkeit zur Bearbeitung komplexer Geometrien zu gewährleisten.

Wie reduzieren Mehrachsenmaschinen Fehler in der Fertigung?

Mehrachsenmaschinen reduzieren Fehler, indem sie den manuellen Umgang mit Teilen und deren Neupositionierung minimieren, die häufige Ursachen für Fehlausrichtungen und Ungenauigkeiten bei herkömmlichen Bearbeitungsverfahren sind. Dies gewährleistet eine bessere Konsistenz und Präzision, insbesondere bei komplexen Bauteilen.

Von welchen Branchen profitiert Mehrachsen-CNC-Bearbeitung am meisten?

Branchen wie Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Automobilindustrie, Verteidigung sowie Präzisionsengineering ziehen erhebliche Vorteile aus der Mehrachsen-CNC-Bearbeitung, da diese hohen Präzisionsanforderungen gerecht wird und komplexe Komponenten effizient herstellen kann.

Gibt es Kostenvorteile bei der Nutzung von Mehrachsen-CNC-Systemen?

Obwohl Mehrachsen-CNC-Systeme höhere Anschaffungskosten haben, bieten sie langfristige Kostenvorteile durch geringere Arbeitskosten, Ausschussraten und kürzere Rüstzeiten. Die meisten Hersteller können ihre Investition durch diese Effizienzgewinne innerhalb von 18 bis 24 Monaten amortisieren.