Wie Mehrachsen-CNC-Drehmaschinen Produktivität und Flexibilität steigern

Steigerung der Produktivität durch Mehrachsen-Bearbeitung CNC Drehmaschinen<br>

Computer-Numerisch-gesteuerte (CNC) Drehmaschinen mit Mehrachsen-Funktion transformieren die Fertigung, indem sie komplexe Bearbeitungsschritte in einer einzigen Aufspannung ermöglichen – wodurch Ausbringung, Effizienz und Bauteilqualität unmittelbar verbessert werden.

Die Fähigkeit zur Mehrfachbearbeitung in einer einzigen Aufspannung eliminiert manuelles Handling und verkürzt die Durchlaufzeiten

Die Mehrachsen-CNC-Drehmaschinen können Bohren, Reiben, Konturieren sowie Fräsen durchführen, während das Werkstück an seinem Platz bleibt. Ein manuelles Umlagern der Teile von Station zu Station entfällt somit vollständig. Dadurch verringern sich lästige Handhabungsfehler um rund 30 %, und die Fertigung erfolgt zudem schneller. Die Durchlaufzeiten sinken bei der Herstellung hochpräziser Komponenten um 40 bis 50 %. Als Beispiel seien Luft- und Raumfahrt-Befestigungselemente genannt: Diese erforderten früher mehrere Aufspannungen und konnten sich über Tage hinziehen, bis sie fertiggestellt waren. Heute werden sie innerhalb weniger Stunden in einem einzigen Aufspannvorgang komplett gefertigt.

Automationsgetriebene Vorteile: Lichtausschalt-Maschinierung und geringere Abhängigkeit vom Bediener

Diese Systeme unterstützen einen unbeaufsichtigten „Lights-out“-Betrieb und laufen über Nacht mit minimalem Personalaufwand. Durch die Automatisierung verringert sich die Abhängigkeit von Bedienern um 60–70 %, wodurch qualifiziertes Personal für Programmierung, Optimierung und Qualitätsüberwachung frei wird – gleichzeitig steigt die Durchsatzleistung kontinuierlich. Die Echtzeitüberwachung und adaptive Regelung gewährleisten die Maßhaltigkeit und halten die Fehlerquote bei längeren Produktionsläufen unter 0,5 %.

Quantifizierte Effizienz: 40–60 % kürzere Rüstzeiten und 25–35 % kürzere Zykluszeiten

Das National Institute of Standards and Technology zusammen mit Manufacturing Technology Insights veröffentlichte 2023 eine Benchmark-Studie, aus der hervorgeht, dass Mehrachs-CNC-Drehmaschinen die Rüstzeiten um 40 bis 60 Prozent reduzieren können, während die Zykluszeiten im Vergleich zu herkömmlichen Zweiaxis-Drehmaschinen um etwa 25 bis 35 Prozent sinken. Was macht dies möglich? Diese fortschrittlichen Maschinen verfügen über optimierte Werkzeugwege, bewegen mehrere Achsen gleichzeitig und benötigen keine zusätzlichen Spannvorrichtungen, die den Prozess verlangsamen. All dies führt dazu, dass Produkte deutlich schneller auf den Markt gebracht werden können – besonders wichtig für Unternehmen, die kundenspezifische oder spezialisierte Komponenten fertigen, bei denen jeder Tag zählt.

Erhöhung der Gestaltungsflexibilität durch erweiterte Funktionen von CNC-Drehmaschinen

Mehrachsige CNC-Drehmaschinen erweitern die Gestaltungsfreiheit, indem sie komplexe Geometrien – darunter Hinterschneidungen, nicht-konzentrische Konturen und mehrseitige Merkmale – in einer einzigen Aufspannung bearbeiten. Drehzentren mit Lebendwerkzeugen führen Drehen, Fräsen und Bohren simultan aus und eliminieren damit kostspielige Nachbearbeitungsschritte; zudem verringern sie kumulative Toleranzfehler im Vergleich zu Mehrmaschinen-Prozessketten um 30–45 %.

Bearbeitung komplexer Geometrien in einer Aufspannung: Hinterschneidungen, nicht-konzentrische Konturen und mehrseitige Merkmale

Wenn die Y-Achse und die C-Achse gemeinsam bewegt werden, erhalten Hersteller vollständigen Zugriff auf die Werkstücke, ohne sie nach dem Einspannen neu positionieren zu müssen. Das System funktioniert so, dass Motoren das Werkstück kontinuierlich um die C-Achse drehen, während die Schneidwerkzeuge aus verschiedenen Richtungen zufahren: X für radiale Bewegung, Z für axiale Positionierung, Y für vertikale Schnitte und sogar die B-Achse für jene anspruchsvollen zusammengesetzten Winkel. Mit dieser Konfiguration können Fertigungsstätten beispielsweise innenliegende Rillen, kreuzförmig gebohrte Löcher, exzentrisch angeordnete Profilformen mit ungewöhnlicher Geometrie sowie zahlreiche weitere komplexe Formen herstellen – alles Dinge, die mit herkömmlichen Drehmaschinen der älteren Generation unmöglich gewesen wären. Für Flugzeughersteller sind diese Fähigkeiten insbesondere deshalb sinnvoll, weil sie es ermöglichen, mehrere Komponenten in ein einzelnes Bauteil zu integrieren. Laut Zahlen, die die FAA im vergangenen Jahr veröffentlicht hat, spart diese Art der Bauteilintegration pro gefertigtem Flugzeug rund 740.000 US-Dollar.

Schnelle Iteration ohne Werkzeugumstellung: Unterstützung von Prototypen und hochgradig variantenreicher, kleinvolumiger Produktion

Statt physische Vorrichtungen umzubauen, ändern Designer digitale Wege – dadurch können sie ihre Entwürfe deutlich schneller iterieren. Wenn Ingenieure G-Code-Programme anpassen, können sie verschiedene Merkmale ausprobieren oder lästige Toleranzen präzise justieren, und das alles, ohne den Produktionsfluss zu unterbrechen. Laut einigen Tests des NIST verkürzt dieser Ansatz die Zeit bis zur Bereitstellung von Prototypen um bis zu 50 bis 75 Prozent. Ergänzt man diese Maschinen durch automatische Werkzeugwechsler und praktische Probesysteme für die Prozessüberwachung während der Bearbeitung, werden sie besonders gut geeignet für die Fertigung verschiedenster Kleinserien, bei denen jeder Auftrag leicht variieren kann. Zudem skaliert die Produktion mühelos – vom einzelnen Musterstück bis hin zu Serien von tausend Einheiten ist keinerlei Neukalibrierung erforderlich.

Integration von Drehen mit Fräsen und Y-Achsen-Bewegung in modernen CNC-Drehmaschinen

Heutige CNC-Drehmaschinen überbieten die Leistungsfähigkeit herkömmlicher Drehbänke, indem sie Fräsoperationen mit lebenden Werkzeugen und die Bewegung entlang der Y-Achse in einer einzigen Maschine kombinieren. Der Revolverhalter enthält rotierende Schneidwerkzeuge, mit denen Bohrungen angefertigt, Nuten geschnitten und sogar Konturfräsarbeiten durchgeführt werden können – ohne dass das Werkstück aus seiner Position bewegt werden muss. Die Y-Achse ist besonders nützlich bei anspruchsvollen Aufgaben wie dem Fräsen von Keilnuten oder der Bearbeitung von Teilen mit unregelmäßigen Formen, da sie eine Bearbeitung außerhalb der Mittellinie ermöglicht, ohne dass die gesamte Maschine neu eingerichtet werden muss. Die Kombination dieser Funktionen führt zu weniger Neu-Einrichtungen durch den Bediener und trägt so zu einer höheren Genauigkeit während des gesamten Prozesses bei. Betriebe, die diese Technologie eingeführt haben, berichten laut verschiedenen Fallstudien aus unterschiedlichen Fertigungseinrichtungen über Zeitersparnisse von rund 35 bis 40 Prozent bei der Produktionszeit.

Durch die Kombination von Drehen und Fräsen in einer Operation erreichen Hersteller nahtlose Übergänge zwischen den Prozessen – was für präzisionskritische Komponenten wie Laufräder, chirurgische Instrumente und medizinische Implantate entscheidend ist. Das Ergebnis ist eine durchschnittliche Reduzierung der Durchlaufzeiten um 30 % und eine nahezu vollständige Eliminierung von durch Handhabung verursachten Fehlern.

Wesentliche Vorteile der integrierten Y-Achse und des Fräsens:

• Komplexität in einer Aufspannung : Maschinelle Unterbrechungen (Unterschnitte), Flächen und Querbohrungen ohne Neu-Aufspannen
• Fehlerminimierung : Einhalten von Toleranzen im Mikrometerbereich durch Vermeidung von Werkstücktransfers
• Ressourceneffizienz : Senkung des Energie- und Arbeitsaufwands durch konsolidierte Operationen

Diese technologische Synergie verwandelt die CNC-Drehmaschine in eine autarke Fertigungszelle – wodurch Arbeitsabläufe optimiert und gleichzeitig der gestalterisch Machbare erweitert wird.

Die strategische Entwicklung: Von 2-Achsen-Drehmaschinen zu vollständig gleichzeitigen Mehrachs-CNC-Drehmaschinen

Kinematische Weiterentwicklung: Wie simultane Bewegung der C-, X-, Z-, Y- und B-Achse echtes gleichzeitiges Bearbeiten ermöglicht

Frühe Drehmaschinen mit zwei Achsen waren auf einfache rotationssymmetrische Bearbeitungen beschränkt, bei denen ausschließlich die X- (radiale) und Z-Achse (longitudinale) bewegt wurden. Moderne hochentwickelte CNC-Drehmaschinen ermöglichen echtes simultanes Bearbeiten durch synchronisierte Bewegung über fünf Achsen:

• C-Achse c-Achse: Kontinuierliche, programmierbare Werkstückdrehung
• X-, Y- und Z-Achse radiale, vertikale und longitudinale Werkzeugpositionierung
• B-Achse neigbare Werkzeugausrichtung für den Zugriff unter zusammengesetzten Winkeln

Die Integration der Kinematik ermöglicht es, Drehen, Fräsen, Bohren und Konturieren gleichzeitig durchzuführen. Diese Fähigkeit ermöglicht es Herstellern, komplexe Formen wie Schraubenbahnen, exzentrische Merkmale und detaillierte 3D-Oberflächen zu erzeugen, ohne die Werkstücke neu positionieren zu müssen. Früher erforderten diese Aufgaben noch drei bis vier verschiedene Operationen an separaten Maschinen – was deutlich langsamer war. Laut einer letztes Jahr von NIST und MTI veröffentlichten Studie können moderne Systeme die Rüstzeiten um rund 40 bis 60 Prozent senken. Auch die Produktionsgeschwindigkeiten steigen insgesamt um etwa 25 bis 35 Prozent. Diese Zahlen verdeutlichen, warum die Mehrachsen-CNC-Drehbearbeitung heute zu einer zentralen Technologie für hochpräzise Fertigung geworden ist.