Verschillen tussen 3-, 4- en 5-assig bewerken

Inzicht in de soorten asbewerking en hun kernmogelijkheden

3-, 4- en 5-assige bewerking – Wanneer elk te gebruiken

1. 3-assige bewerking: De basis voor eenvoudige, kosteneffectieve fabricage

Een 3-assig bewerkingssysteem werkt door het snijgereedschap langs drie lineaire assen te bewegen— X (links/rechts) , Y (vooruit/achteruit) , en Z (omhoog/omlaag) —binnen een 3D-ruimte. Deze uitsluitend lineaire beweging maakt het ideaal voor het vormgeven van eenvoudige, platte of ondiepe 3D-onderdelen, zoals beugels, platen of basismallen.

Het belangrijkste voordeel hiervan is kosten-efficiëntie : de machine heeft een lagere complexiteit, vereist minimale opsteltijd en vermindert operationele overhead—waardoor de winstmarges toenemen bij productie in grote oplagen van eenvoudige onderdelen. Bijvoorbeeld: het produceren van aluminium bevestigingsplaten voor elektronica is sterk afhankelijk van 3-assige bewerking, omdat het onderdeel slechts drie basisprocessen nodig heeft: vlakfrezen (het egaliseren van het bovenoppervlak), contoudfrezen (vormgeving van de rand van de plaat) en boren (het aanbrengen van gaten voor bevestigingsmiddelen)—allemaal processen die eenvoudig kunnen worden uitgevoerd met lineaire asbewegingen.

2. 4-assige bewerking: rotatie voor cilindrische en gebogen kenmerken

4-assige bewerking bouwt voort op de 3-assige opstelling door toevoeging van één roterende as (meestal de A-as, die roteert rond de X-as). Deze extra as maakt het mogelijk dat het werkstuk draait terwijl het gereedschap lineair beweegt, waardoor handmatig herpositioneren overbodig wordt en functionaliteiten mogelijk worden voor onderdelen met afgeronde of gebogen oppervlakken.

Het is uitstekend geschikt voor componenten waarbij kenmerken een cilindrische vorm volgen, zoals sleuven op een ventielsteel, schuine gaten langs een gebogen oppervlak of groeven op een katrol. Een productierapport uit 2023 benadrukte een cruciaal voordeel: bedrijven die 4-assige bewerking gebruiken voor cilindrische onderdelen, zagen een vermindering van de insteltijd met 28% in vergelijking met 3-assige systemen (die meerdere herpositioneringen vereisen). Door het vermijden van handmatig omdraaien of opnieuw vastzetten van het werkstuk verbetert 4-assige bewerking ook de nauwkeurigheid en consistentie, waardoor menselijke fouten worden verlaagd.

3. 5-assige bewerking: veelzijdigheid voor complexe, meerzijdige precisie

5-assige bewerking is de gouden standaard voor sterk gecontourde, meerzijdige onderdelen. Het voegt twee roterende assen (meestal de A-as, roterend rond de X-as, en de C-as, roterend rond de Z-as) toe aan de drie lineaire assen, waardoor het snijgereedschap het werkstuk bijna vanuit elke hoek kan benaderen.

Deze veelzijdigheid is onmisbaar in industrieën zoals lucht- en ruimtevaart en medisch, waar onderdelen complexe geometrieën en uiterst nauwe toleranties vereisen. Voorbeelden zijn titanium turbinebladen (met gebogen vleugelprofielen en interne koelkanalen), heupimplantaten (aangepast aan de menselijke anatomie) en structurele vliegtuigonderdelen. In tegenstelling tot 3- of 4-assige systemen voltooit 5-assige bewerking complexe onderdelen in een enkelvoudige Opstelling : bijvoorbeeld kan een turbineblad volledig worden bewerkt zonder herpositionering, met toleranties tot ±0,005 mm en een superieure oppervlakteafwerking.

3-assig versus 4-assig frezen: efficiëntie en toepassingsgrenzen

De onderstaande tabel vergelijkt de kernkenmerken van 3- en 4-assig frezen om hun respectieve toepassingen te verduidelijken:

Kenmerk	3-as machineren	4-as machineren
Asconfiguratie	X, Y, Z (alleen lineair)	X, Y, Z (lineair) + 1 roterend (A/C)
Bestemd Voor	Eenvoudige platte/3D-onderdelen (beugels, platen)	Cilindrische onderdelen met gewikkelde kenmerken (klepstengels, katrollen)
Insteltijd	Kort (10–30 minuten voor standaardonderdelen)	Matig (20–45 minuten, enkele opstelling)
Materiaaleen veelzijdigheid	Werkbaar met de meeste metalen/plastics; beperkt door de vorm van het onderdeel	Dezelfde materialen; geoptimaliseerd voor gebogen/cilindrische werkstukken
Tolerantiebereik	±0,01–0,05 mm	±0,008–0,03 mm

Belangrijke beperkingen & voordelen

• 3-assige bewerking heeft moeite met onderdelen die uitsteeksels hebben, schuine gaten op gekromde oppervlakken of omsloten functies — dit vereist meerdere opstellingen, wat de tijd verhoogt en het foutenrisico vergroot.
• 4-assige bewerking lost dit op voor cilindrische onderdelen: bijvoorbeeld het boren van gaten op 45°-intervallen in een stalen as is 3x sneller met 4-assig (de as draait om elk gat uit te lijnen) vergeleken met 3-assig (handmatig herpositioneren).
• Echter, 4-assig werkt niet goed bij niet-cilindrische, veelzijdige onderdelen (bijvoorbeeld een kubus met schuine gaten op drie vlakken) — het heroriënteren van het onderdeel tenietdoet de efficiëntie.

4 vs. 5-assige bewerking: afweging tussen precisie en complexiteit

4-assige bewerking fungeert als een "tussenoplossing" voor complexiteit, maar kan niet concurreren met de 5-assige bewerking wat betreft het verwerken van asymmetrische onderdelen met meerdere zijden. Hieronder volgt een vergelijking:

1. Afhandeling van onderdeelcomplexiteit

de twee roterende assen van 5-assige machines maken het mogelijk dat de tool 'rondom' het werkstuk beweegt—essentieel voor onderdelen zoals koolstofvezel vleugelsparren (met gebogen randen, interne verlichtingsgaten en schuin geplaatste bevestigingspunten aan alle zes zijden). Een toonaangevend bedrijf in de lucht- en ruimtevaart meldde:

• 42% kortere productietijd met 5-assige ten opzichte van 4-assige bewerking.
• Afgiftetarieven daalden van 8% naar 2% (één opspanning elimineert uitlijnfouten).

2. Precisie en oppervlakteafwerking

5-assige systemen gebruiken dynamisch indexeren om de tool loodrecht op het snijoppervlak te houden, waardoor slijtage van de tool wordt verminderd en de oppervlaktekwaliteit verbetert. Voor medische implantaten (bijvoorbeeld knieprothesen, waar biocompatibiliteit afhangt van een glad oppervlak):

• 5-assige bewerking bereikt Ra 0,4μm oppervlakteafwerkingen.
• 4-assig bereikt slechts Ra 0.8μm .

3. Kosten en programmering

5-assig vereist:

• Geavanceerde CAM-software (met simulatietools) om botsingen te voorkomen.
• Hogere initiële investering.

 

• Dit maakt het minder kosteneffectief voor eenvoudige of kleine series, maar onmisbaar voor complexe, hoogwaardige onderdelen.

Keuze van asbewerking op basis van materiaal, geometrie en sectorbehoeften

1. Keuze van assen op basis van materiaal en hardheid van het werkstuk

Materiaalhardheid heeft rechtstreeks invloed op de keuze van de as, omdat harder materiaal meer warmte genereert en thermische vervorming kan veroorzaken:

Materiaal Type	Aanbevolen asstype	Redenering
Zachte materialen (aluminium 6061-T6, ABS-plastic)	3 as	Gemakkelijk te bewerken; lineaire bewegingen realiseren de gewenste afwerking.
Harde materialen (roestvrij staal 316L, titaan Ti-6Al-4V)	4/5-as	Verlaagt de frequentie van opnieuw instellen (4-assig) of minimaliseert warmteopbouw (5-assig).

Volgens de 2022 ASM International Machineringrichtlijnen :

• Voor materialen met een hardheid >30 HRC (bijvoorbeeld gehard staal) verlengt 5-assige bewerking de levensduur van het gereedschap met 35%ten opzichte van 3-assig.
• Voorbeeld: Het bewerken van een gehard stalen tandwielprofiel met 5-assig gereedschap gebruikt een spiraalvormige gereedschapsbaan (verdeelt kracht/heat), waardoor de levensduur van carbide inzetstukken met 50% wordt verlengd ten opzichte van de krachtintensieve rechte sneden van 3-assig bewerken.

2. Sectorspecifieke eisen aan assen

Verschillende sectoren hebben unieke eisen die de keuze voor assen bepalen:

Industrie	toepassingen met 3 assen	toepassingen met 4 assen	toepassingen met 5 assen
Automotive	Motorbeugels, sensorbehuizingen	Aandrijfassen, brandstofinjectoren	Cilinderkoppen voor hoogwaardige raceauto's
Luchtvaart	Eenvoudige structurele beugels	Basis cilindrische componenten	Turbineschoepen, vliegtuigframes, satellieten (91% van de fabrikanten van turbineschoepen gebruikt 5-assige bewerking, volgens een rapport uit 2023)
Medisch	Plastic behuizingen voor gereedschap	Schachten van chirurgische instrumenten	Titanium heupimplantaten, wervelstaven
Consumptiegoederen	Plastic telefoonhoesjes, aluminium kookgerei	Flessendoppen (met schroefdraad)	Behuizingen van luxe horloges (zeldzaam)

Veelgemaakte fouten bij asbewerking voorkomen

1. Fouten bij keuze van assen voor productievolume

• Overmatig gebruik van 5-assig : Voor kleine oplagen en eenvoudige onderdelen (bijvoorbeeld 50 aluminium beugels) zijn de kosten van 3-assig bewerken 60% lager (uurtarieven 5-assig: $150–$300; 3-assig: $50–$100).
• Ondervuld gebruik van 5-assig : Voor grote oplagen van complexe onderdelen (bijvoorbeeld 1.000 turbinebladen) is de insteltijd bij 4-assig bewerken drie keer zo lang als bij 5-assig—wat leidt tot hogere arbeidskosten en vertragingen.
• Geometrie negeren : Onderdelen met uitsparingen (bijvoorbeeld verzonken sleuven op kunststof behuizingen) vereisen 5-assig bewerken; bij 3-assig ontstaat uitlijnproblemen, en 4-assig kan niet-cylindrische uitsparingen niet bereiken. Uit een studie uit 2023 blijkt dat 68% van de afgekeurde onderdelen bij 3-/4-assig bewerken hierdoor wordt veroorzaakt.

2. Best practices voor programmering en instellen

3 as

• Gebruik basis G-code voor lineaire bewegingen.
• Pas snelwisselbakplaten toe om de insteltijd te verkorten (10–15 minuten per onderdeelwissel).
• Voer altijd een droogtest uit (zonder materiaal) om botsingen tussen gereedschap en opspanmiddel te voorkomen (3-assig gereedschap is groter en gevoeliger voor botsingen).

4 assen

• Gebruik CAM-software met 4-assige simulatie om rotatie te visualiseren.
• Centreer het werkstuk op de A/C-as (een afwijking van 0,1 mm veroorzaakt maatfouten).
• Bevestig cilindrische onderdelen met spankoppen/spanhulzen voor concentriciteit — een automobiele leverancier verlaagde fouten hiermee met 40%.

5-as

• Investeer in geavanceerde CAM-software (bijv. Mastercam, SolidWorks CAM) met botsingsdetectie.
• Gebruik een 5-assige trunnion-tafel om het werkstuk vast te zetten (zorgt voor volledige rotatie zonder herpositionering).
• Train programmeurs in 'lead angle control' (pas de gereedschoek aan om oppervlaktekwaliteit en levensduur te verbeteren) — lucht- en ruimtevaartbedrijven die dit toepassen, behalen 95% first-pass rendement.

Stap-voor-stapproces voor keuze van asbewerking

Volg dit kader om het juiste asstype te kiezen voor industriële toepassingen:

1. Begin met het onderdeel: geometrie, tolerantie, materiaal

• Geometrie : Vlakke oppervlakken = 3-assig; cilindrische/opgerolde kenmerken = 4-assig; meervlakkige/gevormde vormen = 5-assig.
  • Voorbeeld: Vlak aluminium plaat (3-assig); stalen as met spiraalvormige sleuven (4-assig); titanium turbineblad (5-assig).
• Tolerantie : ±0,005 mm of nauwkeuriger = 5-assig; ±0,05 mm = 3/4-assig.
• Materiaal : Zachte materiaalsoorten = 3-assig; harde materiaalsoorten = 4/5-assig.

Een precisieverslag over machinale bewerking uit 2023 concludeerde dat bedrijven die eerst onderdelen analyseren de fouten in keuze van assen met 55% verminderen.

2. Afstemmen op productievolume en kosten doelstellingen

Productievolume	Eenvoudige onderdelen	Complexe onderdelen
Hoog (>1.000 stuks)	3-assig (lage kosten)	4/5-assig (snellere instelling)
Laag (1–100 eenheden)	3-assig (economisch)	5-assig (voorkomt overtollige insteltijd)

Volgens de Industrial Machining Guide van 2024 verlaagt "kostenvolume-analyse" (koppeling van assen aan hoeveelheid) de totale kosten met 22%.

3. Evalueer bedrijfsmiddelen

• Machinebeschikbaarheid : Gebruik 3-assig voor eenvoudige onderdelen als er geen 4/5-assige machines zijn; complexe werkzaamheden bij lage volumes uitbesteden.
• Programmeurervaring : Begin met 4-assig bij gemiddelde complexiteit als het team onvoldoende ervaring heeft met 5-assig.
• Bevestiging/Gereedschap : Zorg voor toegang tot gespecialiseerd gereedschap (bijvoorbeeld kanteltafels voor 5-assig) voordat u het assentype kiest.