CNC-Bearbeitungszentren: 3-, 4- und 5-Achs-Maschinen – Unterschiede und Anwendungen

Das CNC-Bearbeitungszentrum (BAZ) ist die Königsklasse der spanenden Fertigung. Es kombiniert Fräsen, Bohren, Gewindeschneiden und oft weitere Operationen in einer Maschine – und kann mit mehreren Achsen selbst komplexeste Konturen in einer einzigen Aufspannung fertigen. Doch was genau unterscheidet einen 3-Achser von einem 5-Achser?

Grundbegriffe: Was sind Achsen?

Eine Achse entspricht einer möglichen Bewegungsrichtung. Im Koordinatensystem der Zerspannung unterscheidet man:

• Lineare Achsen: X (links-rechts), Y (vor-zurück), Z (auf-ab)
• Rotatorische Achsen: A (Rotation um X), B (Rotation um Y), C (Rotation um Z)

Ein 3-Achser bewegt Werkzeug und/oder Tisch in X, Y, Z. Ein 5-Achser addiert zwei Rotationsachsen – etwa A und C oder B und C.

3-Achs-Bearbeitungszentren

Das 3-Achs-BAZ ist das am weitesten verbreitete Bearbeitungszentrum. Werkzeug und Tisch bewegen sich in drei Linearachsen. Die Bearbeitung erfolgt stets von oben oder von der Seite – das Werkstück muss für jede neue Bearbeitungsseite umgespannt werden.

Vorteile:

• Günstigster Einstieg in die BAZ-Technologie
• Einfache Programmierung (G-Code, CAM)
• Weites Angebot an neuen und gebrauchten Maschinen
• Ausreichend für die meisten prismatischen Teile

Typische Anwendungen: Gehäuse, Flansche, Platten, einfache Formen Typische Hersteller: Haas, Deckel-Maho DMU 50, Mazak, Chiron, Grob

4-Achs-Bearbeitungszentren

Ein 4-Achser addiert eine Rotationsachse zum 3-Achser – meist eine Drehtisch- oder Schwenkachse (A oder B). Diese kann als Indexierachse (schrittweise Positionierung) oder als echte Simultanachse betrieben werden.

Indexierend: Der Tisch dreht das Werkstück in eine neue Position, dann wird konventionell mit 3 Achsen gefräst. Ermöglicht die Bearbeitung von vier oder mehr Seiten ohne Umspannen.

Simultan: Alle 4 Achsen fahren gleichzeitig – ermöglicht einfache Schraubenlinien, Nockenkonturen und schräge Flächen.

Typische Anwendungen: Mehrseitige Gehäuseteile, rotierende Teile mit radialen Bohrungen Vorteil gegenüber 3-Achser: Weniger Umspannungen, höhere Genauigkeit durch konsistente Referenz

5-Achs-Bearbeitungszentren

Das 5-Achs-BAZ ist die vollständige Lösung: Fünf Achsen ermöglichen, das Werkzeug in jede erdenkliche Winkelstellung zum Werkstück zu fahren. Die Bearbeitung komplexer Freiformflächen, tiefer Taschen und hinterschnittener Konturen wird erst durch die 5-Achs-Simultanbearbeitung wirtschaftlich möglich.

Bauformen:

• Schwenktisch-Konstruktion (A+C oder B+C): Tisch kann kippen und drehen. Vorteil: große Teile durch schwenkbaren Tisch bearbeitbar. Nachteil: Werkstückgewicht begrenzt.
• Schwenkkopf-Konstruktion (A+B im Fräskopf): Der Fräskopf selbst schwenkt. Vorteil: großes, schweres Werkstück kann fest liegen. Nachteil: komplexer Aufbau.
• Fork-Head / Trunnion-Kombination: Kombiniert beide Prinzipien.

Vorteile der 5-Achsbearbeitung:

• Komplexe Geometrien in einer Aufspannung
• Optimaler Werkzeugangriff: geringerer Werkzeugverschleiß
• Kürzere Werkzeuge möglich: weniger Vibrationen, höhere Präzision
• Drastische Reduzierung der Aufspannungen

Nachteile:

• Hohe Anschaffungskosten (250.000 – 1.500.000 €)
• Komplexe CAM-Programmierung erforderlich
• Aufwendigere Einrichtung und Wartung

Typische Anwendungen: Turbinenschaufeln, Formen und Gesenke, Prototypenteile, medizinische Implantate, Luft- und Raumfahrtkomponenten Typische Hersteller: Hermle C650, DMG Mori DMU 50, Makino D200, Chiron FZ 12

Wann lohnt welche Lösung?

Betriebsprofil	Empfehlung
Einzel- und Kleinserienfertigung einfacher Teile	3-Achs-BAZ
Mehrseitige prismatische Teile, kleine bis mittlere Serien	4-Achs-BAZ
Komplexe Freiformteile, Formen- und Gesenke	5-Achs-BAZ
Gemischte Fertigung (Einzel + Serie)	3+1 oder flexibles 5-Achs-BAZ

Gebrauchte BAZ kaufen – was beachten?

5-Achs-Maschinen gebraucht zu kaufen kann erheblich Geld sparen – ein gebrauchtes Hermle C400 mit 20.000 Betriebsstunden kostet 80.000–120.000 Euro statt 350.000 Euro neu.

Wichtige Prüfpunkte:

• Steuerungsversion: Heidenhain TNC 530/640, Siemens 840D – sind Zyklen und Software aktuell?
• Messung der Schwenkpräzision: Schwenkachsen müssen auf unter 0,005 mm genau sein
• Geometriemessung: Geradheit, Rechtwinkligkeit, Positioniergenauigkeit mit Laserinterferometer
• Spindelzustand: Schlag, Lärm, Lager – bei hochwertigen Spindeln teuer im Tausch

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Wir haben regelmäßig CNC-Bearbeitungszentren von 3- bis 5-Achs-Ausführung im Bestand – von kompakten Einsteiger-BAZ bis hin zu leistungsfähigen 5-Achsern. Sprechen Sie uns an.