Warum ein Winkelaggregat auch auf einer 5-Achs-CNC sinnvoll ist

Warum ein Winkelaggregat auch auf einer 5-Achs-CNC sinnvoll ist

Ergänzung statt Ersatz: Weshalb die schwenkbare Motorspindel nicht jede Aufgabe optimal löst

Eine 5-Achs-CNC kann ihre Motorspindel räumlich ausrichten und Werkzeuge unter nahezu beliebigen Winkeln an das Werkstück führen. Auf den ersten Blick erscheint ein zusätzliches Winkelaggregat deshalb überflüssig. Schließlich besteht der wesentliche Vorteil einer 5-Achs-Maschine gerade darin, horizontale, schräge und räumlich komplexe Bearbeitungen ohne festes 90°-Aggregat ausführen zu können.

Diese Betrachtung greift jedoch zu kurz.

Die fünfte Achse erweitert zwar die geometrischen Möglichkeiten der Maschine, sie ersetzt aber nicht automatisch jede spezialisierte Bearbeitungseinheit. In der industriellen Praxis entscheidet nicht allein die Frage, ob eine Bearbeitung grundsätzlich möglich ist. Entscheidend sind vielmehr Bearbeitungszeit, Kollisionsfreiheit, Werkzeugwechsel, Spanabfuhr, Steifigkeit, Zugänglichkeit und Wiederholgenauigkeit.

Ein Winkelaggregat konkurriert daher nicht zwingend mit der 5-Achs-Spindel. Richtig ausgewählt ergänzt es deren Möglichkeiten und kann einzelne Bearbeitungen schneller, sicherer oder überhaupt erst wirtschaftlich realisierbar machen.

Eine Übersicht verfügbarer Ausführungen finden Sie in unserer Kategorie:

⁠Adapteraggregate und Winkelaggregate für CNC-Bearbeitungszentren

1. Was eine 5-Achs-Maschine tatsächlich leistet

Bei einem 5-Achs-Bearbeitungszentrum werden die drei linearen Achsen X, Y und Z durch zwei rotatorische Achsen ergänzt. Abhängig vom Maschinenkonzept werden entweder die Motorspindel, das Werkstück oder beide Komponenten geschwenkt.

In der Holzbearbeitung sind vor allem Maschinen mit schwenkbarer Hauptspindel verbreitet. Sie ermöglichen unter anderem:

• Fräsungen unter frei programmierbaren Winkeln

• Bearbeitung geneigter Flächen

• räumliche Konturbearbeitung

• Bohrungen außerhalb der senkrechten Hauptachse

• Sägeschnitte und Gehrungen

• Bearbeitung mehrerer Werkstückseiten in einer Aufspannung

Der technologische Vorteil ist erheblich. Trotzdem bleibt die schwenkbare Hauptspindel ein konstruktiv vergleichsweise großes System aus Spindelgehäuse, Schwenkkopf, Antrieb, Medienführung und gegebenenfalls zusätzlicher C-Achse. Nicht jede geometrisch mögliche Werkzeugposition ist daher auch kollisionsfrei erreichbar.

Genau an diesem Punkt beginnen die Vorteile eines kompakten Winkelaggregats.

 

2. Die Anzahl der Achsen sagt nichts über die Zugänglichkeit aus

Eine häufige Fehlannahme lautet: Wenn eine Maschine fünf Achsen besitzt, kann sie jede Stelle des Werkstücks aus jedem beliebigen Winkel erreichen.

Kinematisch ist das nicht richtig.

Die Werkzeugachse kann zwar in zahlreiche Raumrichtungen orientiert werden. Ob das Werkzeug die vorgesehene Bearbeitungsstelle tatsächlich erreicht, hängt jedoch zusätzlich von folgenden Faktoren ab:

• Abmessungen des Spindelkopfes

• Länge und Durchmesser des Werkzeugs

• Abstand zwischen Werkzeugspitze und Schwenkzentrum

• Aufbauhöhe der Spannmittel

• Werkstückkontur

• Position von Konsolen, Saugern und Anschlägen

• Grenzen der linearen Verfahrwege

• zulässige Schwenkwinkel

• Kollisionsräume der Maschine

Besonders bei tief liegenden, zurückgesetzten oder von Bauteilkanten abgeschirmten Bearbeitungsstellen kann das Gehäuse des 5-Achs-Kopfes die Annäherung verhindern. Die Werkzeugachse wäre rechnerisch korrekt ausgerichtet, der Maschinenkopf kollidierte jedoch bereits vorher mit dem Werkstück oder der Spanntechnik.

Ein Winkelaggregat verlagert die Werkzeugspindel aus der Achse der Hauptspindel heraus. Bei zurückgesetzten oder besonders schlanken Bauformen lässt sich das Werkzeug dadurch in Bereiche führen, die für den eigentlichen Spindelkopf nicht zugänglich sind.

ATEMAG nennt hierfür ausdrücklich Unterflurbearbeitungen, Eckenausklinkungen und die Umgehung von Störkonturen als Anwendungen für Aggregate auf 5-Achs-Maschinen. (⁠atemag.de)

Ein konkretes Beispiel ist das zurückgesetzte Eckenausklinkaggregat:

⁠ATEMAG Extra 2 Function Line für HolzHer-Bearbeitungszentren

Die kompakte, zurückgesetzte Bauform ist für Eckenausklinkungen und Unterflurbearbeitungen ausgelegt. Das Werkzeug arbeitet seitlich beziehungsweise unterhalb der direkten Spindelachse, während das größere Gehäuse der Motorspindel Abstand zur Störkontur halten kann.

 

3. Unterflurbearbeitung ohne Wenden des Werkstücks

Ein wesentlicher Einsatzbereich ist die Bearbeitung der Werkstückunterseite.

Typische Beispiele sind:

• Dichtungsnuten auf der Unterseite eines Fensterprofils

• Bohrungen von unten

• Topfbandbearbeitungen

• Hinterschnitte

• Ausklinkungen an Türen

• Bearbeitungen unter Vorsprüngen

• rückseitige Fräsungen an Platten und Formteilen

Eine normale 5-Achs-Spindel kann ein Werkzeug zwar schräg oder horizontal ausrichten. Um tatsächlich unter das Werkstück zu gelangen, benötigt sie jedoch ausreichend Freiraum. Der voluminöse Spindelkopf und das begrenzte Platzangebot zwischen Werkstück, Konsole und Maschinentisch setzen dabei enge Grenzen.

Ein zurückgesetztes Winkel- oder Unterfluraggregat führt das Werkzeug seitlich am Werkstück vorbei und anschließend unter die Werkstückkante. Dadurch lässt sich die Rückseite bearbeiten, ohne die Platte zu wenden.

Der Verzicht auf das Wenden bringt mehr als nur eine Zeitersparnis. Jede neue Aufspannung führt zu einer zusätzlichen Lageabweichung. Diese entsteht aus den Toleranzen von Anschlägen, Saugern, Werkstückoberflächen und manueller Positionierung.

Wird die Rückseitenbearbeitung in derselben Aufspannung ausgeführt, bleibt das Werkstück im ursprünglichen Maschinenkoordinatensystem. Maßbezüge zwischen Oberseite, Kante und Unterseite können dadurch genauer eingehalten werden. ATEMAG nennt neben kürzeren Taktzeiten ausdrücklich eine verbesserte Genauigkeit und einen geringeren Personalbedarf als Vorteile der Unterflurbearbeitung ohne Plattenumspannung. (⁠atemag.de)

Passende Ausführungen sind beispielsweise:

⁠ATEMAG Extra 2 Function Line für SCM-Bearbeitungszentren

⁠ATEMAG Extra 2 Function Line für Anderson-Bearbeitungszentren

⁠ATEMAG Extra 2 Function Line für Heian-Bearbeitungszentren

 

4. Mehrere Werkzeugausgänge reduzieren unproduktive Nebenzeiten

Die Hauptspindel einer 5-Achs-Maschine kann jeweils nur das momentan eingespannte Werkzeug antreiben. Werden für einen Bearbeitungsvorgang mehrere Werkzeuge benötigt, muss die Maschine den Arbeitsbereich verlassen, das Werkzeugmagazin anfahren, das vorhandene Werkzeug ablegen und ein neues aufnehmen.

Die reine Wechselbewegung dauert nur einen Teil der tatsächlichen Nebenzeit. Hinzu kommen:

• Abbremsen der Spindel

• Verfahren zur Wechselposition

• Ablegen des Werkzeugs

• Aufnahme des Folgewerkzeugs

• Werkzeugkontrolle oder Längenprüfung

• erneutes Anfahren des Werkstücks

• Beschleunigen auf Arbeitsdrehzahl

Bei Einzelteilen fällt diese Zeit kaum ins Gewicht. In der Serienfertigung summiert sie sich jedoch über sämtliche Werkstücke und Schichten.

Ein Winkelaggregat mit zwei oder vier Werkzeugausgängen kann mehrere Werkzeuge gleichzeitig bereitstellen. Die Maschine richtet das Aggregat über ihre C-Achse oder ihren 5-Achs-Kopf jeweils so aus, dass der benötigte Werkzeugausgang zur Bearbeitungsstelle zeigt. Ein vollständiger Wechsel des Aggregats ist nicht bei jedem Arbeitsschritt erforderlich.

ATEMAG führt diesen Entfall von Werkzeugwechseln ausdrücklich als Vorteil von Mehrfachaggregaten in 5-Achs-Maschinen an. Auch mehrere Bearbeitungen mit unterschiedlichen Werkzeugen können nacheinander ausgeführt werden, während nur ein Magazinplatz belegt wird. (⁠atemag.de)

Ein Beispiel ist das:

⁠ATEMAG Duo Function Line mit zwei horizontalen Werkzeugausgängen

Ein solches Aggregat kann etwa einen Bohrer und einen Fräser oder zwei Werkzeuge unterschiedlicher Abmessungen aufnehmen. Der wirtschaftliche Nutzen hängt dabei von der Programmlogik und den Werkstückzahlen ab. Je häufiger zwischen den beiden Bearbeitungen gewechselt wird, desto stärker wirkt sich die eingesparte Wechselzeit aus.

 

5. Mehrspindelaggregate bearbeiten mehrere Stellen gleichzeitig

Eine 5-Achs-Spindel kann ihre Position schnell verändern. Sie kann aber mit einem einzelnen Werkzeug immer nur eine Bohrung oder Nut zur gleichen Zeit erzeugen.

Bei regelmäßig wiederkehrenden Bohrbildern ist eine sequenzielle Bearbeitung nicht zwangsläufig die wirtschaftlichste Lösung. Ein Mehrspindelaggregat treibt mehrere Bohrer gleichzeitig an und erzeugt mehrere Bohrungen in einem einzigen axialen Hub.

Die theoretische Bearbeitungszeit einer sequenziellen Bohrung lässt sich vereinfacht darstellen als:

Gesamtzeit = Anzahl der Bohrungen × Zeit je Bohrung + Positionierzeiten

Bei einem Mehrspindelkopf werden mehrere Einzelbearbeitungen mechanisch parallelisiert. Die Zeit für das eigentliche Bohren nähert sich dadurch der Zeit einer einzigen Bohrbewegung an. Hinzu kommen lediglich die Aufnahme des Aggregats und die Positionierung des Bohrbildes.

Das ist besonders interessant bei:

• Lochreihen

• Ecklagerbohrungen

• Dübelbohrungen

• Beschlagbohrbildern

• Akustikelementen

• parallelen Nuten

• Fenster- und Türenfertigung

ATEMAG beschreibt Mehrspindelköpfe auf 5-Achs-Maschinen ausdrücklich als Möglichkeit, komplexe Bohrbilder in nur einem Bearbeitungshub herzustellen. (⁠atemag.de)

Die 5-Achs-Kinematik übernimmt in dieser Kombination die flexible räumliche Positionierung. Das Aggregat übernimmt die mechanische Parallelisierung des Bearbeitungsvorgangs. Beide Systeme erfüllen somit unterschiedliche Aufgaben.

 

6. Spezialaggregate ermöglichen Prozesse, die eine Motorspindel allein nicht abbildet

Eine Motorspindel stellt zunächst Drehzahl und Drehmoment bereit. Viele Fertigungsverfahren benötigen jedoch zusätzliche mechanische Funktionen, die nicht allein durch die räumliche Orientierung der Werkzeugachse entstehen.

Dazu gehören beispielsweise:

• Tastende Kantenbearbeitung

• schwimmend gelagerte Werkzeuge

• oszillierende Schleifbewegungen

• mehrere synchron angetriebene Spindeln

• definierte Eintauchtiefen unabhängig von Werkstücktoleranzen

• spezielle Sägeblattführungen

• Hobelwellen mit mehreren Schneiden

• Späneleit- und Absaugsysteme

• Schlosskastenbearbeitungen mit besonderen Werkzeugabständen

Ein Tastaggregat kann Unebenheiten oder Dickenschwankungen des Werkstücks mechanisch erfassen. Die Werkzeugposition folgt dabei nicht ausschließlich der programmierten Maschinenbahn, sondern zusätzlich der realen Werkstückoberfläche.

Das ist beispielsweise beim Schleifen, Fasen oder Abrunden relevant. Holz, Holzwerkstoffe und Verbundplatten besitzen nicht immer eine vollkommen konstante Dicke. Auch Spannmittel, Beschichtungen und Materialverzug können Abweichungen verursachen.

Eine starre Bahn der 5-Achs-Spindel bildet ausschließlich die Sollgeometrie ab. Ein Tastaggregat kann dagegen lokale Istabweichungen ausgleichen und dadurch eine konstantere Bearbeitungstiefe erzeugen. HOMAG nennt für tastende Aggregate eine pneumatische Schnittstelle, mit der beispielsweise obere und untere Rundungen unabhängig von Dickentoleranzen hergestellt werden können. (⁠HOMAG)

Damit wird deutlich: Eine zusätzliche Achse und eine zusätzliche Prozessfunktion sind technisch nicht dasselbe.

 

7. Ein festes Winkelaggregat kann bei wiederkehrenden 90°-Bearbeitungen effizienter sein

Eine 5-Achs-Spindel muss für eine horizontale Bearbeitung zunächst in die vorgesehene Winkelstellung schwenken. Dabei bewegen sich erhebliche Massen. Der gesamte Spindelkopf muss beschleunigt, abgebremst und präzise positioniert werden.

Bei komplexen Freiformflächen ist diese Beweglichkeit unverzichtbar. Bei tausendfach wiederkehrenden Bohrungen oder Fräsungen unter einem konstanten Winkel von 90° ist sie dagegen nicht immer die wirtschaftlichste Lösung.

Ein festes Winkelaggregat besitzt eine mechanisch definierte Umlenkung. Der Bearbeitungswinkel wird durch das Aggregat vorgegeben, während die Maschine überwiegend mit ihren linearen Achsen und gegebenenfalls der C-Achse arbeitet.

Mögliche Vorteile sind:

• weniger Schwenkbewegungen des 5-Achs-Kopfes

• kurze Positionierwege

• klar definierte Werkzeugorientierung

• kompakte Werkzeugführung

• einfache Programmierung wiederkehrender Bearbeitungen

• geringere Kollisionskontur bei geeigneter Bauform

Für klassische Bohr-, Fräs- und leichte Sägearbeiten steht beispielsweise das folgende Aggregat zur Verfügung:

⁠ATEMAG Mono Function Line für SCM-Bearbeitungszentren

Das Aggregat besitzt einen festen Werkzeugausgang von 90° und erreicht je nach Ausführung eine Spindeldrehzahl von bis zu 18.000 U/min. Es ist damit nicht als Ersatz für die freie Winkelpositionierung gedacht, sondern als spezialisiertes Werkzeug für wiederkehrende horizontale Bearbeitungen.

 

8. Die Steifigkeit wird durch die gesamte Wirkungskette bestimmt

Bei der Beurteilung eines Bearbeitungssystems reicht es nicht aus, nur auf die Nennleistung der Motorspindel zu schauen. Maßgeblich ist die mechanische Nachgiebigkeit der gesamten Wirkungskette:

• Maschinenständer

• Linearführungen

• Schwenkachsen

• Spindellagerung

• Werkzeugaufnahme

• Aggregatgehäuse

• Aggregatlagerung

• Werkzeug

• Werkstückspannung

Unter der Schnittkraft verformen sich sämtliche beteiligten Komponenten geringfügig. Vereinfacht gilt für die elastische Auslenkung:

Auslenkung = wirkende Kraft ÷ Systemsteifigkeit

Je größer die Kraft und je geringer die Steifigkeit, desto größer die Abweichung zwischen programmierter und tatsächlicher Werkzeugposition.

Ein Winkelaggregat verbessert die Steifigkeit daher nicht automatisch. Es fügt zusätzliche Lager, eine Verzahnung und weitere Schnittstellen hinzu. Bei falscher Auslegung kann es die Nachgiebigkeit sogar erhöhen.

Auf der anderen Seite kann eine kompakte, an die Anwendung angepasste Bauform den Abstand zwischen Werkzeugschneide und Lagerung verkürzen. Entscheidend sind:

• möglichst kurze Werkzeugauskragung

• ausreichend dimensionierte Lagerung

• zur Bearbeitung passendes Drehmoment

• geeignete Getriebeübersetzung

• spielfreie Drehmomentabstützung

• korrekte Werkzeugspannung

• zulässiger Werkzeugdurchmesser

• geeignete Vorschub- und Zustellwerte

Die fachlich richtige Aussage lautet deshalb nicht, dass ein Winkelaggregat grundsätzlich steifer als ein 5-Achs-Kopf sei. Richtig ist: Für einen definierten Bearbeitungsfall kann ein kompakt ausgelegtes Spezialaggregat eine günstigere Geometrie und kürzere Kraftwege bieten als eine weit ausgeschwenkte Motorspindel mit lang auskragendem Werkzeug.

 

9. Große Werkzeuge und Sägeblätter benötigen eine anwendungsgerechte Auslegung

Bei seitlichen Fräsungen und Sägearbeiten entstehen neben dem eigentlichen Drehmoment erhebliche Radialkräfte und Biegemomente.

Das auf die Lagerung wirkende Biegemoment steigt mit dem Abstand zwischen Schneidkraft und Lagerstelle:

Biegemoment = Schnittkraft × Hebelarm

Ein langes Werkzeug oder ein großer Abstand zwischen Spindelnase und Schneide belastet das System daher deutlich stärker als ein kompakter Werkzeugaufbau.

Eine 5-Achs-Spindel kann viele Werkzeuge direkt aufnehmen. Das bedeutet jedoch nicht, dass jede denkbare Werkzeugabmessung in jeder Schwenkstellung prozessoptimal ist. Bei großen Sägeblättern, Hobelwerkzeugen oder speziellen Fräsern können kollisionsbedingte Verlängerungen erforderlich werden. Dadurch wächst der Hebelarm.

Ein entsprechend konstruiertes Winkelaggregat kann Werkzeugaufnahme, Lagerabstand, Übersetzung und Gehäuseform gezielt auf diese Aufgabe abstimmen. Voraussetzung ist, dass die technischen Grenzwerte des Aggregats eingehalten werden.

Bei der Auswahl sind insbesondere zu prüfen:

• maximale Antriebsdrehzahl

• zulässige Ausgangsdrehzahl

• maximales Drehmoment

• Übersetzungsverhältnis

• maximaler Werkzeugdurchmesser

• zulässige Werkzeugmasse

• Drehrichtung

• Werkzeugaufnahme

• Dauer- oder Aussetzbetrieb

• Schmierungsart

Ein Winkelaggregat ist daher kein beliebiger Verlängerungsadapter, sondern ein eigenständiges Getriebe- und Spindelsystem.

 

10. Die Spanabfuhr lässt sich gezielt beeinflussen

Die freie Orientierung einer 5-Achs-Spindel optimiert zunächst die Lage des Werkzeugs. Sie garantiert jedoch nicht, dass Späne in einer günstigen Richtung abgeführt werden.

Bei horizontalen Nuten, tiefen Taschen oder Bearbeitungen unterhalb des Werkstücks können Späne:

• in der Nut verbleiben

• erneut von der Schneide erfasst werden

• die Oberfläche beschädigen

• die Wärmeentwicklung erhöhen

• Absaugkanäle verfehlen

• sich auf Spannmitteln ablagern

Ein Aggregat kann mit Späneleitblechen, Deflektoren oder einer an die Anwendung angepassten Gehäuseform ausgestattet werden. ATEMAG führt beispielsweise Werkzeughalter mit Späneleitblech an, die entstehende Späne gezielt in Richtung der Maschinenabsaugung leiten. (⁠atemag.de)

Dies ist insbesondere bei abrasiven Werkstoffen, beschichteten Platten, Kunststoffen und Verbundmaterialien relevant. Eine wirksame Spanabfuhr beeinflusst nicht nur die Sauberkeit, sondern auch Werkzeugstandzeit und Oberflächenqualität.

 

11. Werkzeugmagazin und Bearbeitungsstrategie müssen gemeinsam betrachtet werden

Ein Winkelaggregat benötigt einen Platz im Werkzeugwechsler. Das kann zunächst als Nachteil erscheinen, da das Aggregat größer und schwerer als ein gewöhnlicher Fräser ist.

Ein Mehrfachaggregat kann jedoch mehrere Werkzeuge oder Funktionen in einem Magazinplatz zusammenfassen. Der tatsächliche Nutzen hängt deshalb von der Werkzeugbelegung ab.

Beispiel:

Eine Bauteilfamilie benötigt regelmäßig:

1. eine horizontale Bohrung,

2. eine seitliche Nut,

3. eine leichte Sägeoperation.

Bei einzelnen Werkzeugen wären dafür drei Magazinplätze und mehrere Wechsel erforderlich. Ein Mehrfachaggregat könnte mehrere dieser Funktionen zusammenfassen.

Dadurch ergeben sich gegebenenfalls:

• weniger Werkzeugwechsel

• weniger Fahrbewegungen zum Magazin

• zusätzliche freie Magazinplätze

• kürzere Bearbeitungszyklen

• stabilere Prozessfolgen

Der Nutzen muss für das konkrete Teilespektrum berechnet werden. Bei sehr variabler Einzelteilfertigung kann die freie 5-Achs-Spindel vorteilhafter sein. Bei wiederkehrenden Bearbeitungsfolgen kann ein Mehrfachaggregat dagegen erhebliche Nebenzeiten reduzieren.

 

12. Wann ist die direkte 5-Achs-Bearbeitung besser?

Ein Winkelaggregat ist nicht für jede Aufgabe die beste Lösung.

Die direkte Bearbeitung mit der 5-Achs-Spindel ist meist vorteilhaft, wenn:

• der Bearbeitungswinkel kontinuierlich verändert werden muss

• echte Freiformflächen erzeugt werden

• viele unterschiedliche Winkel ohne Aggregatwechsel benötigt werden

• die Bearbeitungsstelle kollisionsfrei erreichbar ist

• das Standardwerkzeug direkt aufgenommen werden kann

• keine besondere Tast-, Schleif- oder Mehrspindelfunktion erforderlich ist

• sehr hohe Drehzahlen ohne zusätzliche Getriebestufe benötigt werden

• die zusätzliche Masse des Aggregats die Dynamik beeinträchtigen würde

Bei räumlichen Freiformkonturen, Propellergeometrien, geschwungenen Treppenbauteilen oder kontinuierlich veränderlichen Fasen liegt die Stärke eindeutig in der simultanen 5-Achs-Bewegung.

Das Winkelaggregat ist vor allem dort sinnvoll, wo eine spezielle mechanische Funktion, eine kompaktere Störkontur oder eine parallele Bearbeitung wichtiger ist als die kontinuierlich freie Orientierung des Werkzeugs.

 

13. Wann bringt das Winkelaggregat den größten Nutzen?

Ein zusätzlicher Winkelkopf ist auf einer 5-Achs-Maschine besonders interessant, wenn mindestens eines der folgenden Kriterien erfüllt ist:

Die Bearbeitungsstelle liegt hinter einer Störkontur

Der 5-Achs-Kopf kann den erforderlichen Winkel zwar einnehmen, erreicht die Stelle wegen seiner Gehäuseabmessungen jedoch nicht kollisionsfrei.

Eine Unterflurbearbeitung soll ohne Wenden erfolgen

Ein zurückgesetztes Aggregat kann unter Werkstückkanten greifen und die Unterseite in derselben Aufspannung bearbeiten.

Mehrere Bohrungen sollen gleichzeitig entstehen

Ein Mehrspindelkopf ersetzt mehrere sequenzielle Bohrzyklen durch einen gemeinsamen Hub.

Mehrere Werkzeuge werden in kurzer Folge benötigt

Ein Duo- oder Quattroaggregat reduziert die Anzahl vollständiger Werkzeugwechsel.

Eine zusätzliche Prozessfunktion wird benötigt

Tasten, Schleifen, Oszillieren, Hobeln oder eine andere Spezialbewegung kann nicht allein durch die fünf Maschinenachsen erzeugt werden.

Wiederkehrende Bearbeitungen erfolgen stets im gleichen Winkel

Ein festes 90°-Aggregat kann kurze und gut kalkulierbare Prozessfolgen ermöglichen.

Späne müssen gezielt abgeführt werden

Ein anwendungsspezifischer Deflektor oder eine integrierte Späneführung kann die Absaugung verbessern.

 

14. Wirtschaftlichkeitsrechnung statt Grundsatzentscheidung

Ob sich ein Aggregat lohnt, sollte anhand der tatsächlichen Fertigungsdaten entschieden werden.

Eine vereinfachte Berechnung kann folgendermaßen aufgebaut werden:

Ersparnis je Werkstück = eingesparte Werkzeugwechselzeit + eingesparte Positionierzeit + eingesparte Umspannzeit + eingesparte Bearbeitungszeit

Die jährliche Einsparung ergibt sich aus:

Jährliche Zeitersparnis = Ersparnis je Werkstück × Werkstückzahl pro Jahr

Multipliziert mit dem Maschinenstundensatz ergibt sich der theoretische wirtschaftliche Nutzen:

Jährlicher Nutzen = jährliche Zeitersparnis × Maschinenstundensatz

Davon abzuziehen sind:

• Anschaffungskosten des Aggregats

• Programmier- und Einfahrkosten

• Wartungsaufwand

• Werkzeugkosten

• Kosten für Maschinenanbindung und Drehmomentstütze

• gegebenenfalls Kosten für zusätzliche Magazinplätze

Ein einfaches Beispiel:

Werden durch ein Mehrfachaggregat pro Werkstück nur 20 Sekunden eingespart und jährlich 30.000 Werkstücke gefertigt, entspricht dies 600.000 Sekunden beziehungsweise rund 167 Maschinenstunden. Bei einem kalkulatorischen Maschinenstundensatz von 100 Euro ergibt sich ein theoretisches Potenzial von etwa 16.700 Euro pro Jahr.

Dieses Beispiel ist keine allgemeine Rentabilitätszusage. Es zeigt jedoch, dass bereits kleine Zeitvorteile bei hohen Stückzahlen wirtschaftlich relevant werden.

 

15. Worauf ist bei der Auswahl zu achten?

Ein Winkelaggregat muss zur Maschine und zur konkreten Bearbeitung passen. Die Werkzeugaufnahme HSK 63F allein genügt nicht zur eindeutigen Auswahl.

Zu prüfen sind:

• Maschinenhersteller und Maschinentyp

• Ausführung der Hauptspindel

• Lage und Ausführung der Drehmomentstütze

• zulässiges Aggregatgewicht

• verfügbare Magazinplätze

• maximal zulässige Aggregatabmessungen

• Antriebsdrehzahl der Maschine

• Drehrichtung

• Übersetzungsverhältnis

• erforderliche Werkzeugaufnahme

• Werkzeugdurchmesser und Werkzeuglänge

• Bearbeitungsrichtung

• benötigtes Drehmoment

• Medienversorgung

• mögliche Kollisionsräume

• Software- und Postprozessorunterstützung

Gerade die Drehmomentstütze ist nicht nur eine Verdrehsicherung. Sie definiert die räumliche Lage des Aggregats, nimmt das Reaktionsmoment auf und muss exakt zur Maschine passen.

In unserem Sortiment finden Sie neue und gebrauchte Adapteraggregate für Maschinen von HOMAG, IMA, BIESSE, SCM, WEINIG, HolzHer, Masterwood, Felder, MAKA, Reichenbacher und weiteren Herstellern:

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Ein Beispiel für ein gebrauchtes Spezialaggregat ist:

⁠HOMAG HBE Winkel-, Bohr- und Fräsaggregat mit vier Ausgängen

 

Fazit: Die 5-Achs-Spindel schafft Bewegungsfreiheit, das Aggregat schafft Prozessfunktion

Eine 5-Achs-CNC und ein Winkelaggregat erfüllen nicht dieselbe technische Aufgabe.

Die 5-Achs-Kinematik ermöglicht die flexible räumliche Orientierung des Werkzeugs. Ein Winkelaggregat kann darüber hinaus:

• die Werkzeugachse aus der Störkontur der Hauptspindel verlagern

• Unterflurbearbeitungen ermöglichen

• mehrere Werkzeuge gleichzeitig bereitstellen

• mehrere Bohrungen parallel ausführen

• spezielle Tast-, Schleif- oder Sägefunktionen integrieren

• Späne gezielt ableiten

• wiederkehrende Bearbeitungen effizienter organisieren

Deshalb ist die Frage nicht, ob eine 5-Achs-Maschine ein Winkelaggregat grundsätzlich ersetzen kann. Entscheidend ist, mit welcher Lösung eine konkrete Bearbeitung kollisionsfrei, präzise und mit den geringsten Stückkosten ausgeführt werden kann.

Bei frei geformten Konturen und wechselnden Winkeln ist die direkte 5-Achs-Bearbeitung meist überlegen. Bei Unterflurbearbeitungen, engen Störkonturen, festen Winkeloperationen, Mehrfachbohrungen oder spezialisierten Prozessfunktionen kann ein geeignetes Aggregat die technisch und wirtschaftlich bessere Lösung darstellen.

Die sinnvollste Maschinenkonfiguration entsteht daher nicht durch ein Entweder-oder, sondern durch die gezielte Kombination aus flexibler 5-Achs-Kinematik und anwendungsgerechter Aggregatetechnik.

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Die Links habe ich auf aktuell vorhandene Seiten Ihres Shops abgestimmt. Die wissenschaftliche Formulierung ist dabei bewusst differenziert: Beispielsweise wird nicht pauschal behauptet, ein Winkelaggregat sei steifer oder genauer als ein 5-Achs-Kopf. Entscheidend ist immer die konkrete Wirkungskette und Bearbeitungsaufgabe.