Unabhängig davon, welche Werkzeugmaschinenmarke betrachtet wird, gibt es verschiedene Konfigurationen von 5-Ach-CNC-Maschinen, aus man wählen kann. Variante besitzt dabei ihre eigenen Stärken, die sie von den anderen abheben. Die gebräuchlichsten Konfigurationen sind dabei die Table-Table-,-Table- und Head-Head-Ausführungen.

Wenn es um die Konfigurationen von 5-Achsen-Bearbeitungszentren geht, beginne ich stets mit der klaren Definition jeweiligen Rotationsachsen. Oft werden bei der Besprechung eines bestimmten Maschinps die Rotationsachsen falschannt, weshalb ich dies gerne als Gelegenheit nutze, um aufzuklären! Denkt man an die Linearachsen der Maschine im Alphabet (XYZ), so gilt das gleiche Prinzip bei den Rotationsachsen (ABC). Die A-Achse rotiert immer um die X-Achse, die B-Achse um die Y-Achse und die C-Achse um die Z-Achse – unabhängig von Maschinenkonfiguration oder Hersteller.

Eine der am weitesten verbreiteten Konfigurationen, und vielleicht die am meisten mit dem Begriff “5-Achsen-CNC-Maschine” assoziierte, ist die Trunnion-Table-Maschine. Diese Trunnion-Konfiguration wird auch als Table-Table-Konfiguration bezeichnet, da beide Rotationsachsen auf dem Trunnion-Tisch selbst platziert sind und der Maschinenkopf stets feststeht.

Viele Bediener und Programmierer können sich mit diesem Setup leicht identifizieren, da es eine einfache Weiterentwicklung der klassischen 3-Achsen-CNC-Bearbeitung darstellt. Meist werden die beiden Rotationsachsen genutzt, um das Werkstück in die gewünschte Position zu bringen, was die Visualisierung der Maschinenbewegungen und -positionierungen während der Bearbeitung erleichtert.

In der Regel bietet eine Trunnion-CNC-Maschine im Vergleich zu anderen Konfigurationen eine bessere Untergriffsfähigkeit, da der Tisch (zumindest in eine Richtung) weiter geneigt werden kann als bei Schwenkkopf-Konstruktionen – wie etwa 110 Grad bei der oben genannten Maschine – und so einen besseren Zugang zur Unterseite des Werkstücks ermöglicht. Die Trunnion-Konfiguration bietet dem Bediener zudem häufig einen größeren nutzbaren Arbeitsraum, da der Tisch geneigt und einfach fixiert werden kann, wodurch der gesamte XYZ-Achsenbereich zur Verfügung steht. Bei Schwenkkopfkonstruktionen wird ein Teil des Arbeitsraums für die Werkzeuglänge benötigt, wenn der Kopf schwenkt – insbesondere bei langen Werkzeugen kann dies den effektiven Arbeitsbereich deutlich einschränken.

Trunnion-Style-CNC-Maschinen sind oft auch die bessere Wahl für die Bearbeitung mit hoher Spanabnahme. Da der Kopf unbeweglich ist, können Getriebe- oder riemengetriebene Spindeln eingesetzt werden, die typischerweise ein höheres Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen bieten. Das stationäre Design des Kopfes verhindert zudem, dass der Kopf durch schwere Schnitte aus der Position gedrückt wird – ein häufiges Problem bei Schwenkkopfkonstruktionen.

Als nächstes betrachten wir die Konfigurationen mit schwenkbarem oder artikulierendem Kopf. Diese Maschinen können als Head-Head-Konfiguration ausgeführt sein, bei der sämtliche Rotationen vom Kopf übernommen werden und der Tisch feststeht, oder als Head-Table-Konfiguration, bei der ein schwenkbarer Kopf mit einem drehbaren Tisch kombiniert wird.

Das Head-Head- bzw. Head-Table-Design erlaubt in der Regel die Bearbeitung schwererer Werkstücke als die Trunnion-Variante. Da der Tisch nicht geneigt wird, lastet das gesamte Gewicht des Werkstücks direkt auf dem Maschinenfundament und dem Boden, was eine äußerst stabile Aufspannung für große Bauteile gewährleistet. Zudem ermöglicht die Tischkonstruktion im Vergleich zum Trunnion-Design die Aufnahme selbst sehr großer und schwerer Werkstücke, wogegen beim Trunnion lediglich der Platz zwischen den Tischauflagen zur Verfügung steht.

Außerdem ermöglicht der schwenkbare Kopf den Einsatz kürzerer oder standardlanger Werkzeuge während der Bearbeitung, da sämtliche Werkzeugbewegungen über dem Werkstück erfolgen. Bei Trunnion-Maschinen muss die Spindel den geneigten Tisch erreichen, und je steiler der Tisch geneigt ist (bis zu 90 Grad), desto weiter muss die Spindel “herabreichen”. Dies zwingt den Bediener häufig dazu, längere Werkzeuge zu verwenden, um diesen Anforderungen gerecht zu werden. Daher sollte bei der Auswahl einer Trunnion-Maschine unbedingt die Größe der zu bearbeitenden Werkstücke berücksichtigt werden – kleinere Bauteile benötigen auch eine kleinere Maschine.

Wie im oberen Bild zu sehen, kann das Head-Table-Design vielseitiger sein als die Trunnion- oder Head-Head-Konfiguration. Neben der 5-Achsen-Bearbeitung erlaubt der gesamte Tisch verschiedene Schraubstock-Setups, Plattenarbeiten oder das Bearbeiten der sechsten Werkstückseite – als Vorbereitung für die 5-Achsen-Bearbeitung – im 3-Achsen-Modus. Auch der Einsatz eines Aufspannturms (Tombstone) auf dem C-Achsen-Tisch ist möglich, um die Bedingungen einer Horizontalmaschine mit besserer Spankontrolle zu simulieren oder um mehrere Werkstücke in einem Setup zu bearbeiten.

Neben den oben genannten dedizierten 5-Achsen-CNC-Maschinenkonfigurationen gibt es zahlreiche Zusatz-5-Achsen-Tische, die an bestehenden 3-Achsen-CNC-Maschinen nachgerüstet werden können, um die Produktivität zu steigern. Zwar ist die Bearbeitungsgröße bei solchen Aufrüstungen begrenzt, doch bieten diese Add-ons eine effiziente Möglichkeit zur Steigerung der Effizienz. Die meisten Steuerungen lassen sich problemlos an die Zusatzachsen anpassen. Allerdings sollte bei der Nachrüstung unbedingt das Alter der Steuerungstechnologie sowie die Wirtschaftlichkeit der nicht unerheblichen Investition in einen solchen Tisch berücksichtigt werden.