5-assig bewerken: wanneer hebt u het echt nodig?

Een klassieke bewerkingsmachine verplaatst het gereedschap volgens drie lineaire assen: X, Y en Z. Een 5-assige machine voegt daar twee draaiassen aan toe, vaak A, B of C genoemd, gedragen door de tafel, door de spil of door beide: men spreekt van een tafel-tafel-, kop-tafel- of kop-kop-kinematica. Die rotaties oriënteren het werkstuk ten opzichte van het gereedschap, of het gereedschap ten opzichte van het werkstuk.

Achter dezelfde term gaan twee werkwijzen schuil, en het kostenverschil is groot.

• 3+2-assig (positionerend 5-assig): de draaiassen plaatsen het werkstuk in een bepaalde oriëntatie en worden vergrendeld, waarna de bewerking in drie assen plaatsvindt. Zo bereikt u in één opspanning meerdere zijden en hellende vlakken.
• Continu (simultaan) 5-assig: de vijf assen bewegen tijdens het snijden samen, om dubbelgekromde oppervlakken te volgen terwijl het gereedschap een gunstige oriëntatie behoudt.

De woordenlijst licht het begrip toe. Onthoud vooral dat veel zogeheten „5-assige” onderdelen in 3+2 worden gemaakt en de simultane kinematica, die duurder te programmeren is, niet nodig hebben.

• Minder opspanningen. De vlakken worden in dezelfde opspanning bewerkt: de tijd voor handling en instellen daalt en de herpositioneringsfout tussen twee opspanningen verdwijnt.
• Betere onderlinge verhoudingen tussen vlakken. Schuine boringen, hellende vlakken en onderlinge posities blijven samenhangen, zonder omspannen, mits de machine correct is gekalibreerd.
• Kortere gereedschappen. Door het werkstuk of het gereedschap te kantelen bereikt u een diep gebied met een minder lang, dus stijver gereedschap, dat minder trilt en een beter oppervlak oplevert.
• Betere snijomstandigheden. Op een dubbelgekromd oppervlak voorkomt het kantelen van een kogelfrees dat er met het midden wordt gesneden, waar de snijsnelheid nul is.
• Toegang tot vormen die in drie assen onmogelijk zijn: negatieve ontvormingshoeken, schoepen, gebeeldhouwde vormen.
• Minder risico op vervorming en uitval. Een onderdeel dat meerdere keren wordt omgespannen kan vervormen of slecht gepositioneerd raken; één enkele opspanning beperkt die risico’s.
• Monolithische onderdelen. Een onderdeel dat uit het volle materiaal is bewerkt kan een assemblage van meerdere elementen vervangen, met minder bevestigingen en speling.

5-assig is daarentegen van nature niet nauwkeuriger dan een goede 3-assige machine. De nauwkeurigheid komt van de machine, de kalibratie, de opspanning, het gereedschap en de controle, niet van het aantal assen.

Niet elke 5-assige machine is geschikt voor elk onderdeel. Er bestaan drie kinematica’s naast elkaar.

• Tafel-tafel: een zwenkwieg draagt een draaitafel, de spil blijft verticaal. Zeer verbreid bij verticale centra, geschikt voor kleine en middelgrote onderdelen.
• Kop-tafel: de spil kantelt, de tafel draait. Beter geschikt voor zware of omvangrijke onderdelen.
• Kop-kop: beide rotaties worden door de spil gedragen en het werkstuk blijft stil staan. Te vinden bij grote onderdelen, met name in de luchtvaart.

Elke kinematica heeft zijn beperkingen: slag van de draaiassen, botsingsrisico tussen gereedschap, gereedschapshouder, opspanning en werkstuk, stijfheid van de zwenktafel. Het bedrijf simuleert ze in CAM vóór de bewerking en controleert vaak de positie van de draaiassen door op de machine te tasten. Geef het daarom de massa en de afmetingen van het onderdeel door: een onderdeel dat iets te groot is voor de zwenktafel los je niet op met programmeren, het is een kwestie van machine, niet van instelling.

Continu 5-assig is noodzakelijk wanneer de geometrie het vereist of wanneer het gereedschap het oppervlak anders niet kan bereiken. Gangbare voorbeelden:

• schoepen, turbines, schroeven en pompwaaiers, waarvan de dubbelgekromde oppervlakken met de frees worden gevolgd;
• monolithische constructieonderdelen voor luchtvaart en ruimtevaart, met hellende zakken en dunne wanden;
• implantaten en instrumenten voor de medische sector, met organische vormen;
• vrije-vormonderdelen voor optica, luxe of design, waar het oppervlak even belangrijk is als de maat;
• matrijsholtes, met diepe uitsparingen en gepolijste oppervlakken;
• hydraulische blokken en verdeelstukken met schuine boringen;
• verlichte onderdelen uit één blok voor robotica en wedstrijdtoepassingen.

Deze onderdelen worden vaak uit het volle materiaal bewerkt, met veel materiaalafname: de snijtijd weegt dan zwaar in de prijs. 3+2 volstaat daarentegen voor een groot deel van de behuizingen, steunen en carters waarvan de vlakken verschillend georiënteerd zijn maar vlak blijven, met enkele schuine boringen.

Een 5-assig centrum kost meer in aanschaf en onderhoud: het uurtarief is hoger. Ter indicatie noemt de gids over de prijs van CNC-bewerking circa € 45 tot € 80 per uur excl. btw bij 3-assig en circa € 80 tot € 150 per uur excl. btw bij 5-assig (prijzen zoals vastgesteld in Frankrijk). Maar de prijs van een onderdeel valt niet alleen per uur af te lezen.

Twee effecten werken elkaar tegen. Enerzijds wegen het hogere tarief en de langere programmering (baanberekening, botssimulatie) op de vaste kosten. Anderzijds scheelt één enkele opspanning instellingen, specifieke opspanmiddelen en omspannen, waardoor de totale tijd kan dalen. Bij een onderdeel met vijf zijden geeft dat vaak de doorslag voor 5-assig. Bij een plat onderdeel met een of twee zijden voegt het alleen kosten toe.

• 5-assig komt vaak goedkoper uit voor een onderdeel met vier of vijf zijden, voor een korte serie waarin elke extra opspanning zwaar weegt, of wanneer positietoleranties tussen vlakken in meerdere opspanningen moeilijk te halen zijn.
• Het komt duurder uit voor een prismatisch onderdeel op een of twee zijden, voor een grote serie waarin een specifieke 3-assige opspanning wordt afgeschreven, of wanneer de machinetijd al het andere overheerst.

Ook afmeting en massa tellen: de toegestane diameter op de zwenktafel en de maximale belasting begrenzen de onderdelen die u kunt verwerken. Zoals bij elke bewerking verdeelt het aantal de vaste kosten: zie hoe een offerte wordt berekend.

• Overstappen op 3+2: als de vlakken vlak zijn en de hellende oppervlakken vlakken zijn, volstaat positionerend bewerken.
• Een vierde as toevoegen: een draaias op een verticaal centrum, of een machine met horizontale spil en indexering, dekt onderdelen met vier zijden goed af.
• Meerdere opspanningen in drie assen, met nauwkeurige positionering (pennen, speciale opspanning): bij een middelgrote serie kan een goed ontworpen opspanning goedkoper zijn dan 5-assige machinetijd, mits u een controle van de positie tussen vlakken accepteert.
• Het onderdeel herontwerpen: een ondersnijding schrappen, een schuine boring vervangen door een rechte, het onderdeel splitsen in meerdere gemonteerde elementen.
• Processen combineren: gietstuk, smeedstuk of in metaal geprint onderdeel als ruwe vorm, daarna alleen de functionele oppervlakken bewerken; zie 3D-printen of CNC-bewerking.
• Draai-freesbewerking voor een draaisymmetrisch onderdeel met gefreesde functies: zie bewerking op draaiautomaten of CNC-draaien.

Als u twijfelt, vraag het bedrijf dan twee varianten te calculeren: een oplossing in 3+2 of met meerdere opspanningen, en een oplossing in continu 5-assig. Het prijsverschil verheldert de keuze en laat u met kennis van zaken beslissen.

• Een gematenseerde tekening en een STEP-bestand, met de revisie-index.
• De kritische vlakken en functies: positiematen tussen vlakken, referenties voor de positionering, GPS-maatvoering als u die gebruikt.
• De ruwe vorm: staaf, plaat, gesmeed, gegoten of geprint onderdeel.
• Het materiaal, de toestand en het eventuele certificaat.
• De aantallen, met staffels, om het gewicht van de vaste kosten te meten.
• De toleranties, de ruwheid en de verwachte controle: vermeld of een meetrapport nodig is, want de controle van schuine boringen en hellende vlakken vraagt een 3D-meetmachine.
• De acceptabele opspanzones en de toegestane sporen.

Beschrijf de functie in plaats van het proces voor te schrijven: als u denkt dat 5-assig nodig is, zeg dan waarom, en laat het bedrijf de goedkoopste oplossing tussen 3+2 en continu 5-assig voorstellen. Op Meaflow is het plaatsen van een aanvraag gratis en zonder commissie: meerdere bedrijven voor CNC-bewerking kunnen u een offerte sturen, die u vergelijkt voordat u via de berichtenfunctie overleg voert.