In der Welt der CNC-Fräsmaschinen ist der Schritt von der klassischen 3-Achsen-Maschine zu einer Maschine mit 4. Achse weit mehr als nur ein technisches Detail – es ist ein echter Paradigmenwechsel. Ob Industrieunternehmen, Handwerksbetrieb oder Begeisterter für digitale Fertigung: Zu verstehen, was 4-Achsen-CNC konkret bedeutet, kann Ihre Art, komplexe Bauteile zu konstruieren und zu produzieren, grundlegend verändern.

Dieser Artikel erläutert die 4-Achsen-Bearbeitung, zeigt, warum sie in modernen Werkstätten zunehmend an Bedeutung gewinnt, und stellt vor, wie bestimmte Maschinen in diesen Trend passen.

Was ist eine 4-Achsen-CNC?

Traditionell bewegt sich eine CNC-Fräsmaschine entlang dreier Richtungen: X (links/rechts), Y (vor/zurück) und Z (oben/unten). Diese Konfiguration reicht für die meisten einfachen Bearbeitungen oder „flachen“ Geometrien aus.

Sobald jedoch komplexere Geometrien, Muster rund um einen Zylinder, mehrseitige Bauteile ohne manuelles Umspannen oder geneigte Profile ins Spiel kommen, stößt die 3-Achsen-Bearbeitung an ihre Grenzen. Eine 4-Achsen-CNC-Maschine ergänzt daher eine Rotationsachse, meist als A-Achse bezeichnet, die das Werkstück um eine der linearen Achsen (häufig die X-Achse) dreht. Diese Rotationsbewegung ermöglicht es, Oberflächen rund um ein zylindrisches Volumen zu bearbeiten oder zusätzliche Seiten ohne manuelles Umspannen zu erreichen.

Bei einer 4-Achsen-CNC:

• – bleiben die Bewegungen in X, Y und Z erhalten,
• – ermöglicht die A-Achse die Rotation des Werkstücks und erweitert so die Bearbeitungsmöglichkeiten.

Konventionelle Bearbeitung vs. 4-Achsen-Bearbeitung

Um den Unterschied zu verdeutlichen, stellen wir uns ein Bauteil wie eine Welle oder einen komplexen Zylinder vor. Auf einer 3-Achsen-Maschine muss man in der Regel:

1. das Werkstück positionieren,
2. eine Seite bearbeiten,
3. das Werkstück anschließend manuell neu ausrichten,
4. den Vorgang für jede weitere Seite wiederholen.

Mit einer 4-Achsen-Bearbeitung kann dieses Bauteil dank der Rotationsachse in einer einzigen Aufspannung bearbeitet werden, während sich das Werkstück dreht und das Werkzeug von allen Seiten arbeitet. Das reduziert Ausrichtungsfehler, verringert Stillstandszeiten zwischen den Aufspannungen und verbessert die Gesamtpräzision.

Warum eine 4. Achse alles verändert

Komplexere Bauteile fertigen

Der offensichtlichste Vorteil ist die Fähigkeit, Formen herzustellen, die mit 3 Achsen nur schwer oder gar nicht realisierbar sind. Symmetrische Objekte um eine Mittelachse, helikale Profile, Muster rund um Bohrungen oder mehrseitige Bauteile lassen sich deutlich einfacher umsetzen.

Reduzierte Rüstzeiten

Bei einer klassischen Maschine erfordert jeder Seitenwechsel ein neues Ausrichten des Werkstücks, das erneute Festlegen des Nullpunkts und das Überprüfen der Einstellungen. Bei der 4-Achsen-Bearbeitung entfallen diese Zwischenschritte häufig dank der integrierten Rotation. Das reduziert nicht nur die Rüstzeit, sondern auch das Risiko menschlicher Fehler.

Höhere Präzision

Da das Werkstück in einer einzigen Aufspannung verbleibt und seine Rotation präzise gesteuert wird, werden Maßabweichungen zwischen den Seiten minimiert. Dieser Vorteil ist besonders wichtig in Bereichen mit engen Toleranzen, etwa in der Luft- und Raumfahrt, im Automobilbau oder bei spezialisierten technischen Bauteilen.

Ideal für Kleinserien und Prototyping

4-Achsen-Maschinen eignen sich besonders gut für Prototypen oder Kleinserien, bei denen Flexibilität und schnelle Umsetzung wichtiger sind als eine hohe Stückzahlproduktion.

Konkrete Anwendungen der 4-Achsen-CNC

Um es greifbarer zu machen, hier einige Beispiele, bei denen die 4. Achse einen echten Unterschied macht:

Zahnräder, Wellen, Lager: Bearbeitung zylindrischer Bauteile mit Details rund um den Umfang.
Mehrseitige Halterungen: komplexe Elemente mit Bohrungen oder Strukturen auf mehreren Seiten.
Dekorative Teile oder Skulpturen: künstlerische Formen mit weichen und kontinuierlichen Übergängen.
Schnelles Prototyping: funktionale Teile vor der Serienproduktion testen.

Beispiele für zwei 4-Achsen-kompatible Modelle

Carvera: Das Komplettpaket

Die Makera Carvera richtet sich an Anwender, die eine robuste Maschine für anspruchsvolle Bearbeitungen ohne Kompromisse suchen. Es handelt sich um eine fortschrittliche Desktop-CNC mit intelligenten Funktionen wie:

• – automatischem Werkzeugwechsel,
• – automatischer Nivellierung des Arbeitstisches,
• – optionaler Integration eines 4. Achsenmoduls,
• – Kompatibilität mit gängiger CAM-Software (Fusion 360, VCarve usw.).

Durch die Integration eines Rotationsmoduls wird echte 4-Achsen-CNC-Bearbeitung möglich – mit deutlich erweiterten Gestaltungsmöglichkeiten im Vergleich zu einer reinen 3-Achsen-Maschine.

Carvera Air: Der zugängliche Kompromiss

Die Makera Carvera Air übernimmt das Wesentliche der größeren Schwester, mit einem zugänglicheren und vereinfachten Ansatz, ohne auf erweiterte Bearbeitungsmöglichkeiten zu verzichten. Zu den wichtigsten Merkmalen zählen:

• – großzügiger Arbeitsbereich für eine Desktop-Maschine,
• – Kompatibilität mit einem dedizierten 4. Achsenmodul zur Erweiterung der Bearbeitungsmöglichkeiten.

Bei dieser Maschine ermöglicht das 4. Achsenmodul die Bearbeitung zylindrischer Bauteile, doppelseitiger Teile oder sogar komplexer 3D-Formen – bei gleichzeitig hoher Präzision dank eines spielfreien Harmonic-Drive-Getriebes.

Eine 4. Achse? Ja – aber mit Lernkurve

Beim Umstieg von 3 auf 4 Achsen sollten einige Aspekte berücksichtigt werden:

• – Komplexere Programmierung: Die Integration der A-Achse in G-Code oder 3D-Werkzeugbahnen erfordert vertiefte CAM-Kenntnisse oder Software, die mehrseitige Strategien unterstützt.
• – Physische Grenzen: Auch mit A-Achse wird die Maschine nicht zu einer vollständigen 5-Achsen-Lösung; extrem komplexe Geometrien benötigen weiterhin spezialisiertere Systeme.
• – Neue Denkweise: Eine 4-Achsen-Maschine optimal zu nutzen bedeutet, das Werkstück als Ganzes zu betrachten und aus allen Winkeln durch Rotation zu bearbeiten.

Bei Maschinen wie denen von Makera hat der Hersteller jedoch zahlreiche Softwarehilfen integriert, um diesen Übergang zu erleichtern und die Nutzung auch für weniger erfahrene Anwender zugänglicher zu machen.

4-Achsen-CNC und Produktivität: Ein starkes Duo bei richtiger Anwendung

Für eine moderne Werkstatt – ob maßgeschneiderte Fertigung, Prototyping oder handwerkliche Kleinserienproduktion – bietet die Ergänzung einer 4. Achse:

• – neue Agilität bei der Herstellung komplexer Bauteile,
• – höhere Präzision durch weniger Zwischenmanipulationen,
• – verkürzte Produktionszyklen, insbesondere bei mehrseitigen Teilen.

Es ist keine Wunderlösung: Bearbeitungsstrategien müssen neu gedacht, Programmierkenntnisse vertieft und eine gewisse Lernkurve akzeptiert werden. Doch sind diese Schritte gemeistert, sind die Zugewinne an Flexibilität und Kreativität erheblich.

Fazit

Der Umstieg auf eine 4-Achsen-CNC ist eine strategische Entscheidung für alle, die die traditionellen Grenzen der Zerspanung erweitern möchten. Es geht nicht nur um eine zusätzliche Funktion – sondern um ein neues Verständnis von Bearbeitung, höhere Präzision, reduzierte Rüstzeiten und Zugang zu Formen, die zuvor deutlich aufwendiger herzustellen waren.

Solche Maschinen machen diese Technologie im Büro oder in der Werkstatt zugänglich und eröffnen den Weg zu ambitionierterer und vielseitigerer Fertigung.