CNC-Bearbeitung von Aluminium-OEMs: Wie Mehrachsen-Bearbeitungszentren die Durchlaufzeit um 40 % verkürzen

Wenn der Einkauf uns eine Charge von 50 maßgefertigten Aluminiumkrümmern in die Werkstatt liefert, fragt garantiert niemand, ob unsere Spindeldrehzahlen mithalten können. Es heißt immer nur: Können Sie die Teile in einwandfreiem Zustand nächsten Dienstag liefern, ohne ein Vermögen für Spezialwerkzeuge zu verlangen?

Bei der herkömmlichen 3-Achs -Fertigungstechnik lautet die ehrliche Antwort fast immer nein. Man steht vor 4 aufeinanderfolgenden Aufspannungen, 2 separaten Sätzen von Fräsbacken, stundenlangem Zeitverlust durch das Einstellen der Bezugsflächen mit einer Messuhr und einer Bearbeitungszeit von 12 bis 15 Werktagen.

Überlassen Sie uns die anspruchsvollen OEM-Aufträge für 6061-T6- und 7075-T651-Achsteile und unsere simultanen 5-Achs- und 3+2-Achs-Bearbeitungsanlagen. So reduzieren wir die Lieferzeiten regelmäßig von 14 Tagen auf unter 5 Werktage – das spart Ihnen 40 bis 60 % Ihrer Produktionszeit. Noch wichtiger: Die Bearbeitung in einer einzigen Aufspannung eliminiert kumulative Bezugsfehler und gewährleistet die Einhaltung der engen geometrischen Toleranzen nach ASME Y14.5 ohne manuelle Anpassung oder Nachbearbeitung.

Der Flaschenhals: Warum 3-Achs-Fräsen die Fertigung von kundenspezifischen Aluminiumaufträgen verzögert

Die Bearbeitung von Aluminiumlegierungen sollte theoretisch schnell erfolgen. Aluminium 6061-T6 lässt sich problemlos bearbeiten und weist eine Zerspanbarkeit von über 270 % im Vergleich zu AISI 1212-Stahl auf. Wir können Hartmetall-Schaftfräser mit 18.000 U/min und Tischvorschüben von über 6.500 mm/min einsetzen. Dennoch verbringen herkömmliche OEM-Chargen mit kleinen bis mittleren Stückzahlen 75 % ihrer gesamten Verweildauer im Werk ungenutzt auf Wagen zwischen den Rüstvorgängen.

Betrachten wir einmal, was während der 3-Achs-Bearbeitung mit mehreren Arbeitsgängen tatsächlich in der Fertigungshalle passiert:

1. Arbeitsgang 10 (Oberseite & Deckbearbeitung): Der Rohling wird in einen Standard-Kurt-Schraubstock eingespannt. Der Bediener stellt das Werkstückkoordinatensystem (WKS) mit einem Kantentaster ein, richtet die Oberseite auf Ra 1,6 μm aus und fertigt die ersten Vertiefungen vor.

2. Arbeitsgang 20 (Wenden & Rückseitenbearbeitung): Der Bediener wendet das Werkstück manuell, wischt die Schraubstockbacken ab, entgratet die Spannkanten, um ein Einklemmen von Spänen durch Fehlausrichtungen zu vermeiden, und tastet den Z-Nullpunkt erneut ab.

3. Arbeitsgang 30 & 40 (Querlochbohrung & abgewinkelte Fluidanschlüsse): Das Werkstück wird auf eine abgewinkelte Sinusplatte oder eine spezielle weiche Spannbacke bewegt. Jede erneute Einspannung führt zu einer Bezugspunktverschiebung zwischen 0,025 mm und 0,040 mm.

[3-Axis Workflow] Raw Stock ➔ Op 10 (Top) ➔ Manual Deburr ➔ Op 20 (Bottom) ➔ Soft Jaw Setup ➔ Op 30 (Cross Ports) ➔ Op 40 (Side Angled) ➔ CMM Inspection [Total: 10-14 Days]
[5-Axis Multi-Axis] Raw Stock ➔ Single Clamping (Dovetail/Hydraulic) ➔ 5-Sided Machining in 1 Cycle ➔ CMM Inspection [Total: 3-5 Days]

Jeder manuelle Nachspannvorgang erfordert Eingriffe des Bedieners, neue Werkzeugeinstellungen und eine Erstmusterprüfung mittels Koordinatenmessmaschine (KMM), bevor die Fertigung freigegeben wird. Bei OEM-Bauteilen mit abgewinkelten Dichtflächen, quergebohrten Sensoranschlüssen oder tiefen Aussparungen führen mehrfache Aufspannungen zu einem administrativen Produktionsengpass.

Mehrachsige Prozessarchitektur: 5-seitige Einzelspannung in der Praxis

Die Mehrachsenbearbeitung überwindet Durchlaufzeitengpässe durch die Kombination von Werkzeugzugriff von fünf Seiten in einer einzigen Aufspannvorrichtung. Anstatt für jede Schrägbohrung individuelle Vorrichtungen anzufertigen, rotiert ein 5-Achs-Schwenktisch um die A- und C-Achse und positioniert die Schneidwerkzeuge senkrecht zum Bearbeitungselement.

Bearbeitungsstrategie & Lieferzeitmatrix für Aluminium-OEM-Komponenten

Durch die Reduzierung von 4 aufeinanderfolgenden Aufspannungen auf 1 kontinuierlichen Zyklus verkürzt die Mehrachsenbearbeitung die Maschinenrüstzeit um über 70 % und eliminiert gleichzeitig praktisch die durch manuelles Nachspannen verursachte Toleranzanhäufung.

Werkzeugdurchbiegung, Vorschubsteuerung und Oberflächenintegrität

Schnelles Aluminiumfräsen erfordert mehr als nur die maximale Auslastung der Spindel. Bei dynamischen Werkzeugwegen für Rohlinge aus dem Luftfahrt-Aluminium 7075-T651 machen thermisches Kriechen und Werkzeugverformung bei der Einhaltung der engen ISO 2768-m-Spezifikationen zu schaffen. Mit einer einfachen 3-Achs-Fräsmaschine und tiefen Taschen ist man schnell gezwungen, Langschaftfräser mit einem Auskragungsverhältnis (L/D) von über 5:1 zu verwenden. Das führt zu Rattern, rauen Oberflächen mit einer Rauheit von über 3,2 μm und zusätzlichen Federdurchgängen, die wertvolle Zykluszeit kosten.

Die Kinematik mehrerer Achsen verändert diese Dynamik. Durch Neigen des B/C-Drehtisches positionieren wir die Spindel näher an den Innenwänden, wodurch kurze, starre Hartmetallwerkzeuge (Längen-zu-Durchmesser-Verhältnis kleiner als 2,5:1) verwendet werden können.

• Radiale Spanverdünnung: Adaptives Schruppen bei konstantem radialem Eingriff (ae) von 8 bis 12 % ermöglicht Tischvorschübe (Vf) von 7200 mm/min bei 20000 U/min.

• Inneneckenverrundung: Durch die Beibehaltung eines Innenradius R >= 0,25 * Tiefe können standardmäßige 3-schneidige, polierte DLC-beschichtete Schaftfräser Taschen problemlos bearbeiten.

• Durch die Spindel gekühlt (TSC): Kühlmittel unter hohem Druck von 70 bar spült Späne sofort aus Sacklöchern und verhindert so Nachschneiden und Verformungen durch Reibungshitze.

Fallstudie: Kunde im Bereich Industrieautomation (Hydraulikventilblock)

• Komponente: Hydrauliksensorverteiler aus Aluminium 6061-T6.

• Kritische Abmessungen: 6 sich kreuzende G 1/4" Gewindeanschlüsse für Fluide in zusammengesetzten Winkeln, Ø12 H7 (+0,018/-0 mm) Ventilschieber über 3 Flächen und eine Positionsgenauigkeit von Ø0,010 mm relativ zu Bezugspunkten A/B/C.

• Losgröße: 60 Einheiten.

Das anfängliche Dilemma der 3-Achsen-Fertigung

Der Kunde wandte sich an uns, nachdem sein vorheriger Lieferant einen vierwöchigen Produktionsengpass erlebt hatte. Der vorherige Prozess führte zu einem Bruch des Verteilers an vier 3-Achs-Aufbauten:

• Op 1: Oberseite bearbeiten und den Innenraum grob bearbeiten.

• Op 2: Manuelle Vorrichtungsklemme für vordere/hintere Kreuzanschlüsse.

• Op 3: Kundenspezifischer Sinus-Schraubstock mit zusammengesetztem Winkel für die 2 35° schrägen Sensoranschlüsse.

• Op 4: Unterster Abschöpfgang zur Entfernung der Rohmaterialhaut.

Bei dieser Konfiguration erreichte der kumulative Fehler zwischen dem Bezugspunkt Op 1 und dem abgewinkelten Anschluss Op 3 0,042 mm, was die erforderliche Toleranz der wahren Position überschritt und bei der Druckprüfung auf dem Prüfstand zu Flüssigkeitslecks führte.

Die 5-Achsen-Mehrachsen-Prozesslösung

Wir haben den Auftrag auf ein 5-Achs-Bearbeitungszentrum mit schnell wechselbarer pneumatischer Nullpunkt-Spannbasis und 3 mm Schwalbenschwanz-Rohmaterialvorbereitung verlagert:

1. Einpunkt-Bezugspunkt: Der Werkstückursprung wurde einmalig mit einem hochpräzisen optischen Werkstücktaster von Renishaw abgetastet.

2. Bearbeitung mit zusammengesetztem Winkel: Die B/C-Drehachsen neigten das Werkstück direkt auf den erforderlichen 35°-Bearbeitungswinkel. Standardmäßige Hartmetallbohrer und Formgewindebohrer bearbeiteten die G 1/4"-Anschlüsse ohne spezielle Winkelwerkzeuge oder zusätzliche Spannvorrichtungen.

3. Fertigbohrung: Die kritischen Ø12 H7-Ventilbohrungen wurden mit einem digitalen Feinbohrkopf im selben Spannvorgang fertig gebohrt, wobei direkt auf die primären Bezugspunkte Bezug genommen wurde.

4. Entgraten im Zyklus: Die integrierte CAM-Bürstenentgratung entfernte Gewindeeintrittsgrate direkt innerhalb des Maschinengehäuses.

Nachweisbare Produktionsergebnisse

• Schnelle Lieferung: 60 fertige, eloxierte Einheiten wurden in 4 Werktagen geliefert (gegenüber einer geplanten Lieferzeit von 20 Tagen bei herkömmlicher Abwicklung).

• CMM-Verifizierung: Die tatsächliche Position der zusammengesetzten Fluidanschlüsse wurde bei allen 60 Einheiten auf unserer Zeiss CMM zwischen 0,003 mm und 0,006 mm gemessen.

• Kostenauswirkung: Durch den Wegfall von 3 kundenspezifischen Weichbacken-Bearbeitungszyklen konnten die gesamten Teilestückkosten um 23,5 % gesenkt werden.

Praktische DFM -Regeln für Ingenieure bei der Konstruktion mehrachsiger Aluminiumbauteile

Um die Vorteile der schnellen Mehrachsenbearbeitung voll auszuschöpfen, sollten Ingenieure die CAD-Modelle bereits in frühen Konstruktionsphasen optimieren:

• Einbau von Spannbacken/Schwalbenschwanzführungen: Fügen Sie Ihrem Rohmaterial eine 3 bis 5 mm breite, untere Spannbacke hinzu. Dadurch können Fünfkant-Schraubstöcke das Werkstück sicher fixieren, ohne den Werkzeugzugang zu behindern.
• Verwenden Sie Standard-Gewindebohrer und -Bohrungen: Verwenden Sie Standard-Metrik-Bezeichnungen (z. B. M3, M4, M5, M6) und achten Sie darauf, dass die Gewindetiefe maximal das 2,5-fache des Gewindebohrerdurchmessers beträgt. Dadurch vermeiden wir Wartezeiten auf Sonderwerkzeuge und unnötige Werkzeugwechsel während der Produktion.
• Achten Sie auf die Wandstärke: Streben Sie bei 6061-T6 eine Wandstärke von mindestens 1,0 mm und bei 7075-T651 mindestens 0,8 mm an. Durch das Verblenden der Wandstufen mit sanften Übergängen wird ein Knistern des Werkstücks beim Hochgeschwindigkeits-Feinschliff verhindert.
• Übermäßige Toleranzen vermeiden: Die enge Toleranz von ±0,005 mm bis ±0,010 mm ist nur für wirklich wichtige Passpunkte erforderlich – beispielsweise für die Positionierung von Passstiften, Lagerzapfen und O-Ring-Dichtungsflächen. Nicht kritische Maße sollten standardmäßig nach ISO 2768-m festgelegt werden.

Klicken Sie hier für Ihre Anfrage 👆

Häufig gestellte Fragen

Frage 1: Lohnt sich der Umstieg auf 5-Achs-Bearbeitung bei kleinen OEM-Serien von Aluminiumteilen mit 20 bis 50 Teilen wirklich?

A: Absolut, insbesondere bei prismatischen Teilen mit vielen Querbohrungen, schrägen Flächen oder tiefen Hohlräumen. Unsere 5-Achs-Bearbeitungszeit kostet zwar 20 % bis 35 % mehr als eine Standard-3-Achs-Bearbeitung, dafür sparen Sie aber sofort 3 bis 4 Nachbearbeitungsschritte, Sinusplatten und spezielle Weichspannbacken – allein an einmaligen Spannvorrichtungen sparen Sie so 300 bis 800 USD. Bei einer Serie von 20 bis 50 Teilen reduziert die Fertigung in einer einzigen Aufspannung Ihre Nettorechnung regelmäßig um 15 % bis 25 % und verkürzt die Lieferzeiten um 5 bis 8 Werktage.

Frage 2: Worin besteht der praktische Unterschied zwischen der 3+2-Positionsmessung und der vollständigen simultanen 5-Achsen-Messung?

A: Bei der 3+2-Bearbeitung positionieren die B- und C-Drehteller das Werkstück in einem festen Anschlagwinkel, arretieren die Bremsen und lassen die Standard-Werkzeugwege in X-, Y- und Z-Richtung den eigentlichen Schnitt durchführen. Das ist unsere optimale Lösung für fünfeckige Blockteile, abgewinkelte Sensoranschlüsse und Querbohrungen. Die echte simultane 5-Achs-Bearbeitung sorgt dafür, dass alle fünf Achsen in Echtzeit synchron arbeiten – unerlässlich für die Bearbeitung organischer Konturen wie Laufräder, Aerodynamik-Halterungen und gewundene Strömungskanäle. In unserer Werkstatt haben wir festgestellt, dass die fixierte 3+2-Indexierung bei 80 % unserer kundenspezifischen Verteiler und Gehäuse die Bearbeitungszeit deutlich verkürzt – und das bei einer Positionsgenauigkeit von ±0,005 mm.

Frage 3: Welches Material wird bei der Einrichtung von mehrachsigen OEM-Läufen in unsere Spannbacken eingespannt: 6061-T6 oder 7075-T651?

A: Greifen Sie zu 6061-T6 als Standardmaterial für Sensorgehäuse, Aktuatorarme, Verteiler oder alle Chargen, die für eine Typ-2-Farbtauchlackierung oder eine Typ-3-Harteloxierung nach MIL-A-8625 vorgesehen sind. Es lässt sich hervorragend bearbeiten (wir erreichen Oberflächengeschwindigkeiten von über 350 m/min), ist korrosionsbeständig und hält Ihre Rohmaterialkosten niedrig. Wenn Sie jedoch höchste Festigkeit benötigen – wie eine Streckgrenze von über 480 MPa und hohe Dauerfestigkeit für Trennwände in der Luft- und Raumfahrt oder stark beanspruchte Automatisierungsverbindungen –, sollten Sie auf 7075-T651 umsteigen. Ein kleiner Hinweis: Aufgrund seines hohen Zinkgehalts kann die kosmetische Farbeloxierung im Vergleich zu sauberem 6061-T6 etwas trüb und fleckig wirken.

Frage 4: Wie kontrolliert Ihre Werkstatt die Wärmeausdehnung und Verformung beim Schneiden von dünnwandigem Aluminium?

A: Aluminium hat einen relativ hohen Wärmeausdehnungskoeffizienten (ca. 23 x 10⁻⁶ / K). Um dünne Wände innerhalb der Toleranzen von ± ^0,010 mm ohne Verformung zu halten, befolgen wir ein strenges Spannungsarmglüh- und Wärmebehandlungsprotokoll:

1. Das Material wird von beiden Seiten symmetrisch grob abgefräst, wobei ein Aufmaß von 0,5 mm zum Abbau von Restspannungen im Rohling verbleibt.

2. Um die Teiletemperaturen konstant zwischen 20°C und 24°C zu halten, wird ein Hochdruck-70-bar-Durchspindelkühlmittel (TSC) direkt an der Schneidkante eingesetzt.

3. Um den seitlichen Werkzeugdruck zu minimieren, sollten Sie mit polierten 3-schneidigen DLC-beschichteten Hartmetall-Schaftfräsern mit geringer radialer Eingriffstiefe (ae <= 10%) Hochgeschwindigkeits-Trochoid-Schlichtbearbeitungswege anwenden.

Frage 5: Welche Qualitätsprüfberichte und technischen Normen stellen Sie für OEM-Lieferungen von Aluminium zur Verfügung?

A: Jede versendete Charge enthält ein komplettes Qualitätssicherungspaket:

• Vollständiges CMM-Messtechnik-Layout: Komplette Zeiss-Messprotokolle, die Ihre kritischen GD&T-Bezugspunkte, Bohrungs-IDs und Positionsangaben nach ISO 2768-m oder ASME Y14.5 abbilden.
• Zertifizierte Werksprüfberichte (MTR): Jede Schmelzchemie-Spezifikation und jedes Ausbeuteprotokoll ist direkt mit Ihrer Aluminium-Masterbarren-Charge verknüpft.
• Oberflächen- und Tankabnahme: Taktile Profilometermessungen bestätigen die Genauigkeit im Bereich von Ra 0,4 μm bis 1,6 μm, unterstützt durch Wirbelstromsondenprüfungen, die einen sauberen Schichtaufbau von 25 μm bis 50 μm bei MIL-A-8625 Typ 3 Hartbeschichtungen zeigen.

Klicken Sie hier für Ihre Anfrage 👆

Zusammenfassung

Die mehrachsige CNC-Bearbeitung ist nicht nur ein Werkzeug für komplexe Impeller in der Luft- und Raumfahrt. In der kundenspezifischen Aluminium-OEM-Fertigung bieten 5-Achs- und 3+2-Achs-Positionierzentren eine zuverlässige Möglichkeit, die Produktionsdurchlaufzeiten um 40 % bis 60 % zu reduzieren. Durch den Ersatz von mehrstufigen Aufspannungen durch einen einzigen Spannvorgang senken Sie die Spannkosten, vermeiden Fehler bei der Bezugspunktstapelung und gewährleisten eine gleichbleibende Passgenauigkeit bereits beim ersten Produktionslauf.

ANGEBOT ANFORDERN ➔

Liqin Fertigungsteam

Aufbauend auf 18 Jahren Erfahrung in der Präzisionsfertigung produziert Ningbo Liqin Industry hochpräzise Metallkomponenten für anspruchsvolle globale Märkte. Unser 6.500 m² großes Produktionszentrum ist mit über 150 Maschinen ausgestattet und bietet 4- und 5-Achs -CNC-Bearbeitung , Dreh-Fräsen, Kaltfließpressen und Druckguss unter einem Dach. Diese Ausstattung ermöglicht uns die nahtlose Abwicklung von Projekten – von der ersten CAD-Entwurfsphase bis zur Auslieferung der fertigen Teile.

Wir garantieren kompromisslose Qualitätskontrolle. Enge Toleranzen werden mit der dafür erforderlichen Ingenieursdisziplin behandelt. Unsere QA-Ingenieure sind nach ISO 9001, ISO 13485 und IATF 16949 zertifiziert und führen strenge In-Process-, Final- und Out-of-Quality-Kontrollen (IPQC, FQC, OQC) für jede einzelne Produktionscharge durch. Von der Koordinatenmessung und optischen Profilierung bis hin zu Härte- und Salzsprühtests validieren wir Ihre kritischen Spezifikationen im Vorfeld – so erhalten Sie einbaufertige Komponenten ohne Montageprobleme oder kostspielige Produktionsstillstände. Neben der Fertigung profitieren Sie von unseren schnellen Reaktionszeiten von zwei Stunden auf neue Angebotsanfragen, direkter Unterstützung bei der Prototypenentwicklung und reibungslosem Exportversand nach Europa, Nordamerika, Asien und Ozeanien.

Wir freuen uns auf Ihre Anfragen und Muster. Besuchen Sie unsere Website oder kontaktieren Sie uns direkt für ein unverbindliches Angebot!