In einer Maschinenwerkstatt in der Vorstadt von Stuttgart beobachtet der Ingenieur Max,wie die Spindel des neuen Fünfachs-Bearbeitungszentrums über die Fläche eines titaniumlegierten Luftfahrtanschlusses gleitet.Die flüssigen,komplexen Bewegungspfade erinnern ihn an eine ähnliche Szene vor drei Jahren–damals mussten bei einem 3+2-Achsen-System vier Einrichtungen und Justierungen vorgenommen werden,was zu einem kumulativen Fehler von 0,03 Millimeter führte.Dieser Wettbewerb zwischen Präzision und Kosten prägt inzwischen die Kernkompetenz deutscher KMU bei der Auftragsbearbeitung von metallischen Präzisionsbauteilen entscheidend.
Tiefgehende Analyse der Technologien
Das Wesen der echten Fünfachs-Bearbeitung liegt in der Echtzeit-Dynamik der fünf beweglichen Achsen.Beim Bearbeiten komplexer Flächen wie Turbinenschaufeln hält das Werkzeug stets den optimalen Schneide-Winkel ein,und alle Prozesse können in einer einzigen Einrichtung abgeschlossen werden.Diese Technologie ist besonders für präzise Bauteile wie Verbrennungskammern von Flugtriebwerken geeignet,bei denen die Konturgenauigkeit stabil auf±8 Mikrometer gehalten werden kann(gemäß der deutschen VDI 3441-Norm).Die MedTech GmbH in München hat sich mit dieser Technologie beispielsweise die Oberflächenrauheit von künstlichen Gelenkkugeln auf Ra 0,2 Mikrometer verfeinert,um den strengen Anforderungen von Implantaten im menschlichen Körper gerecht zu werden.
Die 3+2-Achsen-Bearbeitung hingegen ist eher ein„intelligentes Dreiachsensystem“–die rotierenden Achsen fixieren das Werkstück zunächst in einem bestimmten Winkel,bevor die Dreiaxen-Fräse und-Dreherei bearbeiten.Die Lehmann-Maschinenfabrik im Schwarzwald hat mit dieser Lösung die Basis eines Mikroskops bearbeitet und die sechs Seiten des Werkstücks nach drei Winkeljustierungen fertiggestellt.Obwohl der kumulative Fehler auf 0,025 Millimeter stieg,betrug die Investition in die Anlage nur ein Drittel der Kosten eines Fünfachs-Systems.Dieses ausgerichtete Bearbeitungsmodell zeigte sich auch in der Automobilzubauindustrie hervorragend:Die Presswerkzeugfabrik in Wolfsburg bearbeitete Aluminiumdruckgusswerkzeuge und führte tiefgehende Schneidungen in festen Winkeln durch,wodurch die Werkzeuglebensdauer auf über 150.000 Zyklen stieg.
Mehrdimensionale Sicht auf die Kosten-Nutzen-Beziehung
Die Unterschiede in den Investitionskosten sind erheblich.Einheimische deutsche Fünfachs-Bearbeitungszentren kosten in der Regel zwischen 800.000 und 1,5 Millionen Euro,während die Kosten für eine 3+2-Achsen-Lösung durch die Umgestaltung bestehender CNC-Maschinen auf 150.000 bis 400.000 Euro reduziert werden können.Tests des Fraunhofer-Instituts haben jedoch eine tieferliegende Logik offenbart:Bei der Bearbeitung von 50 titaniumlegierten Triebwerkshaltern sparte das Fünfachs-System durch die Reduzierung der Einrichtungen 37%der Arbeitszeit,obwohl die Abschreibungskosten für die Anlage 3,2-mal höher waren.
Dieses Paradoxon bildet in der Massenproduktion ein subtileres Gleichgewicht:
• Fünfachs-Vorteilbereich:Bei einer monatlichen Produktion von weniger als 180 komplexen Flächenstücken(z.B.Schaufeln)reduziert die kontinuierliche Fünfachs-Schneidung die Arbeitszeit pro Stück um 45%.
• 3+2-Achsen-Wirtschaftlichkeitsbereich:Bei mittleren Serien von Standardbauteilen(z.B.Ventilgehäusen)senkte ein optisches Unternehmen in Jena die Bearbeitungskosten für metallische Bauteile um 28%.
Die kritische Menge liegt bei einer monatlichen Produktion von etwa 180 Stück–unter diesem Schwellenwert ist das 3+2-Achsen-System kosteneffizienter,darüber zeigt das Fünfachs-System seine Gesamtkostenvorteile.
Kluger Weg der deutschen Praxis
Der schrittweise Aufbau der Aerospace GmbH in Bremen ist exemplarisch:
• Anfangsphase(2023-2024)
• Ein Drehlager mit zwei Achsen wurde zu den bestehenden Dreiachs-CNC-Maschinen hinzugefügt(Investition von 78.000 Euro),um Aufträge mit mittlerer Komplexität wie Gehäuse für medizinische Geräte zu übernehmen.
• Fähigkeitsaufbau(2025)
• Mit den Gewinnen wurden Fünfachs-Geräte erworben,um in den Markt für luftfahrttechnische titaniumlegierte Bauteile einzusteigen und die Fertigungsgenauigkeit auf IT6-Niveau zu erhöhen.
• Technologische Erweiterung(ab 2026)
• Durch die Einrichtung von Online-Messsonden zur adaptiven Bearbeitung wurde die Nachbearbeitungsrate von titaniumlegierten Haltern auf null reduziert.
Selbst wenn eine 3+2-Achsen-Lösung gewählt wird,ist eine vorausschauende Planung von entscheidender Bedeutung:
• Arbeitsmittel und-halterungensollten Schnittstellen gemäß dem ISO 10791-Standard vorhalten,um die zukünftige Kompatibilität mit Fünfachs-Systemen zu gewährleisten.
• CAM-Programmierungsollte vorausschauend Fünfachs-Schneidewege simulieren(z.B.durch Aktivierung der TCPC-Werkzeugmittelpunktsteuerung).
• Gerätegrundlagesollte Raum für die spätere Aufwertung mit rotierenden Achsen vorhalten,um strukturelle Umgestaltungen zu vermeiden.
Zukunftskompatibilitätsstrategie
Eine Umfrage des Verbandes Deutscher Maschinen-und Anlagenbau(VDMA)hat ergeben,dass in der KMU-Landschaft Baden-Württemberg das Verhältnis zwischen hochwertigen Fünfachs-und kosteneffizienten 3+2-Achsen-Systemen bereits 1:3 beträgt.Die Widerstandsfähigkeit dieser Technologiekombination stammt aus der grundlegenden Logik von Fräsen und Drehen–der dynamischen Balance zwischen Präzision und Kosten.
Wenn die Schneidewerkzeugspindel einer Fünfachs-Maschine mit der Drehspindel synchron rotiert,werden nicht nur Metallsplitter,sondern auch die Fesseln der segmentierten Produktion von der Schneidflüssigkeit weggespült.Hinter der 30-prozentigen Steigerung der Produktivität steht in Wirklichkeit eine Evolution von der Geräteeinzelentwicklung zur Neugestaltung der Produktionsphilosophie–Technologien an die Bedürfnisse anzupassen,anstatt von ihnen gefesselt zu sein,das ist die über hundert Jahre geschliffene Überlebensweisheit des„Made in Germany“.
Wie Dr.Müller vom Institut für Produktions-und Automatisierungstechnik in Stuttgart sagte:„Fünfachs und 3+2-Achsen sind wie verschiedene Zahnabstände in einem Präzisionszahnrad–nur wenn sie richtig ausgewählt werden,können sie das Unternehmen in der Kombination von Effizienz und Kosten stabil voranbringen.“