Fünf Achsen für jedermann?
5-Achs-Anlagen machen nur dann Sinn, wenn sie entsprechend ausgelegt sind. Bei Überlastung kann die Genauigkeit schnell abnehmen. Bild: Homag
Stationäre bearbeitung. Der Trend zu 5-Achs-CNC-Anlagen hält unvermindert an. Dabei gibt es gute Argumente dafür, aber auch dagegen. Wer eine Anlage beschaffen will, tut gut daran, die Bauart und Stabilität zu beachten. Ein Überblick zeigt, was für Schreiner Sinn macht.
Drei, dreieinhalb, vier, viereinhalb, vierplus oder fünf: Wenn es um die Definition geht, wie viele Achsen eine Maschine aufweist, entwickeln die Maschinenhersteller viel Fantasie. Von zuerst drei bearbeitbaren Achsen (X, Y, Z) hat sich die Maschinentechnik kontinuierlich in Richtung vier Achsen weiterentwickelt. Die vierte Achse (C) wird dabei zum Drehen und Positionieren des Winkelaggregats um die Z-Achse verwendet. Mit vier Achsen lässt sich praktisch jede normale Schreinerarbeit ausführen.
Vorbild Metallbearbeitung ...
Wer jedoch Freiformen fräsen will, das heisst schräge oder runde Formen, deren Koordinaten die horizontale Ausrichtung verlassen, braucht eine fünfte Achse. Solche Anlagen gibt es schon lange, sie waren aber bisher vornehmlich bei spezialisierten Firmen im Einsatz, etwa um Metall im Formenbau zu bearbeiten. Zentrale Einheit dabei ist der Fräskopf. Dieser muss sehr stabil gebaut sein, um die anfallenden Kräfte überhaupt aufnehmen zu können. Bei der konventionellen CNC-Technik bewegen Linearmotoren über Zahnstangen die Fräseinheiten. Die Kraftübertragung erfolgt rechwinklig auf ein stabiles Element wie das Portal oder die Fahrschienen.
... aber viel leichter
Nicht so bei der 5-Achs-Technik: Der Fräskopf wird über Motoren im Inneren des kardanischen Kopfes angetrieben und die Fräskraft wird über diese Motoren auch gehalten. Die Auslegung des Kopfes muss deshalb sehr viel stabiler und entsprechend aufwendiger sein. Bei den Metallbearbeitungsmaschinen ist dies der Fall, die Schreinermaschinen sind deutlich leichter gebaut und damit auch günstiger. Experten sind denn auch überzeugt, dass bei gleicher Belastung wie beim konventionellen Fräsen die Lebenserwartung am 5-Achs-Kopf deutlich tiefer ist. Dabei hilft auch das Festklemmen der Achsen bei Nichtgebrauch wenig, denn die Kraftübertragung erfolgt trotzdem über mehrere Gelenke und der Hebelarm ist deutlich länger als bei 4-Achs-Maschinen. Die im Verhältnis zu den Modellen des Werkzeugbaus relativ günstigen Maschinen eignen sich denn auch nicht für den Dauereinsatz als Freiformfräsen.
Wer jedoch hauptsächlich Platten bearbeitet, ab und zu eine Tür fräst und gelegentlich eine echte 5-Achs-Arbeit mit interpolierender fünfter Achse braucht, wird mit den Modellen wohl glücklich. Zu beachten ist aber die Bauweise. 5-Achs-Fräsköpfe sind sehr schwer und brauchen entsprechende Portale, Ausleger und Maschinensockel. Der Fräskopf von Holz-Her wiegt etwa eine Tonne und will genau so schnell bewegt werden wie ein 4-Achs-Portal.
Vorteil direkte Kraftübertragung?
Ausgabenseitig betrachtet, lohnt sich offenbar die Anschaffung einer 5-Achs-Anlage. Durch die wegfallenden Winkelgetriebe kann man einiges sparen und in den Mehrpreis für die fünfte Achse investieren. Winkelgetriebe sind starken Belastungen ausgesetzt und entsprechend exponiert. Die Kraftübertragung sinkt mit der Komplexität der Getriebe. Man rechnet dabei mit Kraftverlusten von über 50%. Von 10 kW Bohrleistung des Fräsmotors kommt also weniger als 5 kW an der Schneide an. Der Vergleich zwischen konventioneller und 5-Achs-Technik kann sich lohnen.
Auf den nachfolgenden Seiten kann man mehr über die momentan angebotenen Schreinermaschinen in 5-Achs-Technik erfahren.
Die Stabile
Stabilität ist bei der 5-Achs-Technik ein wichtiger Faktor. Die neue «Bima Gx 30» von Ima Klessmann punktet in diesem Bereich. Die Auslegung ist grosszügig und massiv. Der Antrieb auf der X-Achse erfolgt über Servomotoren in «Master- and Slave»-Technik.
Ein Motor bestimmt das Tempo, der andere folgt elektronisch geregelt nach. Diese Bauweise hat sich im Werkzeugmaschinenbau bewährt und wird nun auch auf Maschinen für die Holzbranche übertragen. Die neue IMA-Maschine gibt es in vier Längen zwischen 3300 und 6300 mm, jeweils in Meterschritten. Diese Masse definieren den Bearbeitungsbereich bei liegender Spindel, inklusive eingespanntes Werkzeug von 150 mm Länge. In der Breite liegt dieses Mass bei 1300 mm. Die Überfahrhöhe beträgt 350 mm über Konsole, was einer Werkstückhöhe von 250 mm entspricht. Zur einfacheren Positionierung sind die Konsolen mit einem Leuchtdiodensystem ausgerüstet. Dieses zeigt die genaue Setzposition des Saugers an. Zwei gesteuerte Z-Achsen machen die Maschine flexibel. Zusätzlich zum voll interpolierenden 5-Achs-Kopf gibt es noch einen Bohrkopf mit 21 vertikalen und 4 × 2 horizontalen Bohrspindeln. Weitere Bohraggregate sind optional erhältlich. Der 5-Achs-Kopf ist in der IMA-eigenen «Flexplan»-Technik ausgelegt. Er kann mit bis zu 9000/min drehen.
Wechseln während des Bohrens
Die Auslegung mit interpolierendem Fräskopf und Bohraggregat macht die Anlage sehr flexibel. Während des Bohrens kann die Maschine am Fräskopf das Werkzeug bereits aus dem mitfahrenden zweiplätzigen Pick-up einwechseln. Das restliche Werkzeug holt sich die Anlage aus dem in X-Achse mitfahrenden 18-Fach-Tellerwechsler oder dem zusätzlichen 8-Fach-Linearwechsler am Maschinentisch. Mit 16 kW steht auch genug Leistung am Fräskopf zur Verfügung. Zur Steuerung verwendet IMA die «Icos CNC»-Software von Beckhoff. Programmieren lässt sich das Ganze sehr einfach auf «Imawop 8.0». Die Kosten für eine «Bima Gx 30» liegen bei 140 000 bis 160 000 Euro.
www.ineichen.chDie Bewährte
Der Einsatz von Winkelgetrieben gehört auch bei der «X5»-Baureihe von Morbidelli der Vergangenheit an. Die Portalmaschine ist in den drei Längen 3600, 4400, 6500 mm erhältlich. Die Länge der X-Achse ist in der Standardbreite 1350 mm. Wer sehr breite Werkstücke bearbeiten will, kann auch die Breite 1600 mm wählen. Auf der Z-Achse wartet die Maschine mit einem Mass von 400 mm auf. Zieht man die Sauger und die Werkzeuglänge ab, bleiben noch 120 mm Überfahrhöhe übrig. Zum Fräsen von Zapfen oder für die Massivholzbearbeitung kann man einen Castorfräser einsetzen. Dieser lässt sich in allen Richtungen unabhängig steuern. Die Traversen sind mechanisch verstellbar, die Automatik dazu gibt es optional. Zusätzlich sind die Traversen mit einem Gleitsystem für die einfachere Werkstückauflage ausgerüstet. Parkmöglichkeiten für das Werkzeug gibt es zuhauf.
Je nach Wunsch sind bis zu 32 Werkzeugplätze erhältlich. Mit bis zu 90 m Verfahrensweg pro Minute ist die Anlage sehr schnell unterwegs. Wird allerdings der Sicherheitsbereich betreten, bremst die Steuerung automatisch auf 25 m/min ab. Die «M-Serie» lässt sich anstelle von Trittmatten auch mit einem Laser sichern. Neben der 5-Achs-Hauptspindel sind diverse Bohrköpfe in unterschiedlicher Grösse und Ausführung erhältlich. Neu steht auch das universelle «BRC»-Aggregat zum Bohren, Fräsen und Schneiden zur Verfügung.
www.bruendler.chDie Vielseitige
In das 5-Achs-Geschäft für Schreiner ist auch die Firma SCM eingestiegen. Mit der «Tech z5» steht eine leistungsfähige Anlage mit Flexibilität zur Verfügung. Die Technik der neuen Maschine orientiert sich an Industrieanlagen. Das Bearbeitungszentrum ist in zwei Grössen erhältlich. Die maximalen Bearbeitungsmasse bei senkrechtem Fräser liegen bei 3050 × 1550 mm in der kurzen Version und 5200 × 1550 mm in der Langversion. Im Pendelbetrieb sind damit Werkstücklängen bis 2460 mm möglich. Die Überfahrhöhe beträgt 160 mm. Gesichert wird die Auslegeranlage über Bumpers an der Arbeitsbereichsabdeckung. Zum Bohren steht maximal ein 26-Fach-Bohrkopf zur Verfügung. Die Hauptfrässpindel ist in der Standardversion mit einem 11 kW-Motor ausgerüstet.
Optional kann man die Leistung auf 15 kW steigern. Für die Werkstückauflage stehen besonders flache Sauger zur Verfügung. Ihre Positionierung erfolgt automatisch über die Steuerung.
Maximal 22 Werkzeugstücke lassen sich auf den Achsen parkieren. Zum dezentralen Bedienen der Anlage steht eine Steuerbirne zur Verfügung. Die vielseitige Belegung der Maschine mit Bohr- und Fräsaggregaten macht die Anlage interessant für Betriebe, die viel Platten verarbeiten, aber doch ab und zu auf 5-Achs-Technik angewiesen sind.
www.scmetienne.chFür lange Teile
Die «Rover A» von Biesse ist neu auch in 5-Achs-Technik erhältlich. Der neue Fräskopf ist mit einem wassergekühlten 11 kW-Motor ausgerüstet und kann dank Schleifkontakten endlos gedreht werden. Die Auslegeranlage ist in drei Grössen erhältlich. 3280 × 1120 mm beträgt die maximal bearbeitbare Werkstückgrösse bei der kleinsten Anlage, 4320 und 5920 mm betragen die Ausmasse auf der X-Achse der anderen Grös-sen. Die Überfahrhöhe beträgt 170 mm. In diesen Massen ist jeweils ein Werkzeugstück von 130 mm Länge eingerechnet. Zum Parkieren des Werkzeugs kann man einen 16-Fach-Tellerwechsler, einen 14- oder 21- Fach-Kettenwechsler sowie ein seitlich angebrachtes Rack mit 10 Werkzeugplätzen bestellen. Dieses Rack fährt aber nicht mit dem Portal mit. Für die Plattenbearbeitung stehen zwei Bohrköpfe zur Verfügung. Wer sich für die «BH 26» entscheidet, kann 16 vertikale sowie vier horizontale Bohrer und zwei Nutsägen einsetzen. Die «BH 17» ist immerhin noch mit zehn Vertikalbohrern, drei horizontalen Bohrern und einer Nutsäge bestückt. Die Positionierung der Konsolen und Sauger passiert manuell, kann aber optional auch mit dem elektronischen «EPS»-System erfolgen. Programmieren kann man die Anlage über die bewährte und weit verbreitete NC-Hops-Software.
www.biesse.chDie Kraftvolle
300 mm hohe Werkstücke lassen sich auch auf der neuen «Pro Master 7225» von Holz- Her bearbeiten. Die Auslegermaschine ist massiv gebaut und gut motorisiert. Die Hauptspindel mit kardanischem Kopf leistet in der Standardausführung 11 kW, lässt sich aber auch mit einem kraftvollen 17 kW-Motor bestellen.
Der Drehzahlbereich ist stufenlos von 1000 bis 24 000/min variierbar. Erhältlich ist das neue Bearbeitungszentrum in fünf unterschiedlichen Längen, wobei die maximale Werkstückgrösse 6755 × 1340 mm beträgt. Optional lässt sich die Anlage mit einem 24-Fach-Bohrkopf mit 18 vertikalen und sechs horizontalen Spindeln sowie eine Säge ergänzen.
Die Verfahrensgeschwindigkeit beträgt auf der X- und Y-Achse 100, auf der Z-Achse 25 m/min. Auf dem 5-Achs-Kopf beträgt die Vektorgeschwindigkeit 142 m/min. Zum Wechseln des Werkzeugs steht ein Pick-up-Wechsler zur Verfügung. Er holt sich sein Werkzeug aus einem mitfahrenden oder festen Werkzeugwechsler.
www.holzher.chSchafft fast jede Höhe
Die Werte der «BMG 500/600» der Firma Homag zu definieren, ist kein einfaches Unterfangen. Die Anlage gibt es in sehr vielen unterschiedlichen Varianten. Aufgrund der schweren Grundkonstruktion aus «Sorbtech» arbeitet die Anlage präzise und gleichmässig, Schwingungen werden aufgefangen. Die Kraftübertragung auf den Sockel ist durch die massive Portalkonstruktion gewährleistet. Auf dem massiven Portal lassen sich bis zu drei Bearbeitungseinheiten aufbauen. Das kann eine 5-Achs-Fräseinheit sowie eine 4-Achs-Einheit und ein Bohrplatz in Verbindung mit zwei Werkzeugwechslern sein.
Bei der Z-Achse gibt es zwei Varianten zu bestellen. Die grössere Variante mit einem maximalen Verfahrweg von 950 mm erlaubt die Bearbeitung von bis zu 500 mm hohen Werkstücken – dies bei einer Werkzeuglänge von 230 mm. Die kleinere Ausführung lässt immerhin noch Werkstückhöhen von 300 mm zu. Je nach Maschinengrösse variieren die maximal zu bearbeitenden Werkstückgrössen von 3300 × 1100 mm bis 6000 × 1800 mm. Auch bei den Tischen gibt es viel Variabilität. Bestellbar sind manuell einstellbare Traversen mit Saugern, aber auch ein System zum automatischen Platzieren der Traversen und Sauger. Zusätzlich ist auch ein Rastertisch mit Schwalbenschwanznuten erhältlich.
www.homag-schweiz.chVeröffentlichung: 17. Mai 2012 / Ausgabe 20/2012
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