Die CNC-Bearbeitung ermöglicht eine sehr hohe Maßgenauigkeit, ohne dass Nachbearbeitungsverfahren wie das Schleifen erforderlich sind. In der Praxis hängt die Grenze der Machbarkeit jedoch von vielen Faktoren ab: der Art des Bearbeitungsvorgangs, dem Werkstoff, der Konstruktion des Werkstücks oder der Qualität des Maschinenparks. Die richtige Festlegung der Toleranzen bereits in der Entwurfsphase wirkt sich nicht nur auf die Funktionalität der Teile aus, sondern auch auf die Produktionskosten und die Durchlaufzeit.
In diesem Artikel erfahren Sie unter anderem:
- Welche ISO-Toleranzklassen sind typisch für das Fräsen, Drehen und Bohren?
- Welche Toleranzen lassen sich ohne Schleifen in verschiedenen Werkstoffen erreichen?
- Welche technologischen Faktoren beeinflussen die Genauigkeit?
- Wann ist Schleifen erforderlich und wie wirkt es sich auf die Produktionskosten aus?
Genauigkeitsklassen in der CNC-Bearbeitung
Als Toleranz bezeichnet man den zulässigen Bereich der Abweichungen der tatsächlichen Maße, der Form oder der Lage eines Bauteils von den in der Konstruktion festgelegten Maßen.
Das System der Genauigkeitsklassen spielt eine entscheidende Rolle bei der Kommunikation zwischen Konstrukteur und Fertigungstechniker. Dank ihm lässt sich eindeutig festlegen, welche Präzision ein bestimmtes Bauteil erfordert und welche Fertigungsprozesse zu deren Erreichung notwendig sind. Ohne klar definierte Toleranzklassen riskiert der Konstrukteur sowohl eine Überdimensionierung der Produktionskosten als auch eine Unterschätzung der Funktionalität des Bauteils.
Toleranzklassen ermöglichen zudem eine internationale Standardisierung der Prozesse. Dies erleichtert die Zusammenarbeit zwischen Unternehmen, ermöglicht den Vergleich von Angeboten und erlaubt es, Kosten sowie Produktionsrisiken bereits vor Beginn der Auftragsabwicklung abzuschätzen.
ISO-Toleranzsystem: IT6, IT7, IT8, IT9
Die Norm ISO 286 definiert ein internationales System für Maßtoleranzen. Die Bearbeitungsgenauigkeitsklassen legen die zulässigen Maßabweichungen in Abhängigkeit von der Nenngröße des Bauteils fest. Je niedriger die Klassenzahl, desto höher die Genauigkeit und desto anspruchsvoller die technologischen Anforderungen:
- IT6 – sehr hohe Genauigkeit, die bei Mechanismen und Passungen verwendet wird, die eine hohe Wiederholgenauigkeit in der Fertigung erfordern,
- IT7 – hohe Genauigkeit, die bei den meisten Maschinenbauteilen und Präzisionskonstruktionen verwendet wird,
- IT8 – dies ist der Industriestandard für viele mechanische Teile mit moderaten Genauigkeitsanforderungen,
- IT9 – Toleranz, die bei weniger anspruchsvollen Konstruktionselementen verwendet wird.
Toleranzen beim Fräsen im Vergleich zum Drehen
Fräsen und Drehen unterscheiden sich in der Art des Zerspanungsprozesses, was sich direkt auf die erreichbaren Toleranzen auswirkt. Das Fräsen ist ein unterbrochener Prozess – das Werkzeug dringt periodisch in das Material ein und zieht sich wieder zurück, was zu schwankenden Schnittkräften und einer höheren Anfälligkeit für Vibrationen führt.
Das Drehen hingegen ist ein kontinuierlicher Prozess, bei dem das Werkzeug unter stabilen Bedingungen mit dem Werkstoff in Kontakt steht. Dadurch lassen sich engere Toleranzen bei geringerem Risiko geometrischer Fehler erzielen.
Geometrische und Maßtoleranzen
Maßtoleranzen legen die zulässigen Abweichungen von den Nennwerten fest, während geometrische Toleranzen die Form, Lage und Ausrichtung von Bauteilen beschreiben. In der Praxis sind beide Gruppen für die einwandfreie Funktion der Teile gleichermaßen wichtig.
In vielen Anwendungsbereichen entscheiden gerade die geometrischen Toleranzen (z. B. Koaxialität, Ebenheit oder Rechtwinkligkeit) über die Funktionsqualität des gesamten Mechanismus.
Erreichbare Toleranzen für verschiedene Bearbeitungsvorgänge
Die Möglichkeiten der CNC-Bearbeitung hängen weitgehend von der Art des Bearbeitungsvorgangs ab. Jeder Zerspanungsprozess hat seine Besonderheiten, Einschränkungen und optimalen Genauigkeitsbereiche. Die Kenntnis dieser Unterschiede ermöglicht es, Teile auf technologisch realistische und wirtschaftlich sinnvolle Weise zu konstruieren.
CNC-Fräsen – Genauigkeitsklasse IT7
Moderne Fräszentren ermöglichen es, eine hohe Genauigkeit beim CNC-Fräsen zu erzielen und gleichzeitig die Produktivität aufrechtzuerhalten. CNC-Fräsen in der Genauigkeitsklasse IT7 ist derzeit in vielen industriellen Anwendungen Standard.
Eine stabile Aufspannung, geeignete Bearbeitungsstrategien und moderne Schneidwerkzeuge ermöglichen es, die Wiederholgenauigkeit des Prozesses auch in der Serienfertigung aufrechtzuerhalten.
CNC-Drehen – Klasse IT6
CNC-Drehen mit einer Toleranz von IT6 ist dank der hohen Prozesssteifigkeit und der Stabilität des Zerspanungsprozesses möglich. In vielen Fällen lässt sich durch Drehen eine höhere Genauigkeit erzielen als durch Fräsen.
Dieses Verfahren eignet sich besonders gut für die Fertigung zylindrischer Bauteile, bei denen Koaxialität und Wiederholgenauigkeit gefordert sind.
Bohren und Gewindeschneiden
Bohrungen gehören zu den Elementen mit den höchsten Toleranzanforderungen. Das Bohren gewährleistet eine gute Leistungsfähigkeit, doch um eine sehr hohe Genauigkeit zu erzielen, sind Aufbohren oder Ausdrehen erforderlich.
Das Gewindeschneiden wiederum erfordert eine präzise Synchronisation der Maschinenbewegungen sowie eine angemessene Kühlung und Schmierung.
Einfluss des Werkstoffs auf die erreichbare Genauigkeit
Die Art des Werkstoffs hat einen erheblichen Einfluss auf den Zerspanungsprozess. Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, Härte oder die Neigung zur Materialaufbau bestimmen die erreichbare Genauigkeit:
- Aluminium und seine Legierungen: Aluminium gehört zu den leicht zerspanbaren Werkstoffen. Es lassen sich eine hohe Oberflächenqualität und enge Toleranzen erzielen. Gleichzeitig erfordert seine hohe Wärmeausdehnung stabile Temperaturbedingungen während der Bearbeitung.
- Baustähle und rostfreie Stähle: Stähle bieten eine gute Maßhaltigkeit, erzeugen jedoch höhere Schnittkräfte. Aus diesem Grund ist eine steifere Aufspannung erforderlich. Darüber hinaus neigen rostfreie Stähle zusätzlich zu Materialaufbau, was die technologischen Anforderungen erhöht.
- Kunststoffe: Kunststoffe sind thermisch verformbare und elastische Werkstoffe. Für die Gewährleistung der Genauigkeit sind Temperaturstabilität und geeignete Zerspanungsparameter entscheidend.
Faktoren, die die Bearbeitungsgenauigkeit beeinflussen
Die Präzision der CNC-Bearbeitung hängt nicht von einem einzigen Parameter ab. Sie ist vielmehr das Ergebnis des Zusammenspiels des gesamten Produktionssystems. Von Bedeutung sind sowohl der Maschinenpark, die Werkzeuge und die Vorrichtungen als auch die Arbeitsumgebung und die Erfahrung der Technologen. Selbst geringfügige Abweichungen in einem dieser Bereiche können die endgültige Genauigkeit der Werkstücke erheblich beeinflussen:
- Steifigkeit von Maschine und Vorrichtungen – ein moderner Maschinenpark mit hochpräzisen Werkzeugmaschinen gewährleistet Prozessstabilität und reduziert Schwingungen. Eine starre Werkstückspannung minimiert Fehler, die durch Verformungen entstehen,
- Qualität und Verschleiß der Werkzeuge – der Verschleiß der Werkzeuge wirkt sich direkt auf die Genauigkeit aus. Von entscheidender Bedeutung sind daher die regelmäßige Kontrolle und der Austausch verschlissener Geräte und Werkzeuge,
- die thermische Stabilität des Prozesses – Temperaturänderungen beeinflussen die Ausdehnung von Werkstoffen und Maschinen. Die thermische Stabilisierung ist daher für die Genauigkeit von großer Bedeutung,
Qualitätskontrolle und Messungen
Präzisionsbearbeitung ist ohne eine ebenso präzise Qualitätskontrolle undenkbar. Gerade die Messungen bestätigen, dass der Fertigungsprozess die Konstruktionsanforderungen und Qualitätsstandards erfüllt. Eine moderne Qualitätskontrolle mit Koordinatenmessgeräten ermöglicht es, selbst sehr komplexe Geometrien zu überprüfen.
Die Qualitätskontrolle ist zudem ein wichtiger Bestandteil bei der Sicherstellung der Wiederholbarkeit der Produktion. Dank ihr ist es möglich, Abweichungen schnell zu erkennen und den Prozess zu optimieren.
Koordinatenmessgeräte (CMM)
Koordinatenmessgeräte (CMM) ermöglichen die Durchführung präziser Messungen von Abmessungen und geometrischen Toleranzen in drei Achsen. Dadurch ist eine umfassende Prüfung des Werkstücks möglich, ohne dass viele verschiedene Messgeräte eingesetzt werden müssen.
In der Fertigung bilden CMMs die Grundlage des Qualitätssicherungssystems und der Messdokumentation.
Rundheitsmessgeräte für enge Toleranzen
Rundheitsmessgeräte ermöglichen die Messung von Formabweichungen an rotierenden Bauteilen mit sehr hoher Genauigkeit. Sie sind besonders wichtig bei Bauteilen, die in Lagersystemen und Getrieben zusammenwirken.
Eine genaue Rundheitsprüfung wirkt sich auf die Lebensdauer und Zuverlässigkeit des gesamten Mechanismus aus.
Optische Messsysteme
Dank optischer Messsysteme können wir komplexe Geometrien schnell und berührungslos vermessen. Sie sind besonders nützlich bei dünnwandigen und empfindlichen Bauteilen.
Wann ist Schleifen erforderlich?
Trotz der großen Möglichkeiten der CNC-Bearbeitung gibt es Situationen, in denen das Schleifen ein unverzichtbarer Endbearbeitungsprozess bleibt. Dies gilt vor allem für sehr enge Toleranzen, hohe Anforderungen an die Oberflächenrauheit sowie die Bearbeitung von Materialien nach dem Härten.
Durch das Schleifen lässt sich eine Präzision erreichen, die mit der klassischen Zerspanung nicht möglich ist, was jedoch mit zusätzlichen Kosten und einer Verlängerung der Produktionszeit verbunden ist. Es ist unter folgenden Umständen unerlässlich:
- Toleranzen IT5 und höher – erfordern Endbearbeitungsverfahren, da die klassische Zerspanung derart enge Maßabweichungen nicht reproduzierbar gewährleisten kann,
- sehr glatte Oberflächen Ra < 0,4 – das Erreichen einer so geringen Rauheit erfordert Schleif- oder Honverfahren,
- Bearbeitung nach dem Härten – die hohe Härte des Materials schränkt die Möglichkeiten der spanenden Bearbeitung ein und erfordert eine Schleifbearbeitung.
Sehen Sie sich unser Angebot an, fordern Sie ein kostenloses Angebot an und kontaktieren Sie uns, um Ihr Projekt zu besprechen.
FAQ – Häufig gestellte Fragen zu CNC-Toleranzen
Was ist die beste Toleranz ohne Schleifen?
Meistens IT6–IT7.
Lässt sich IT6 für alle Maße erreichen?
Nein, das hängt von der Geometrie und dem Werkstoff ab.
Wie wirkt sich die Größe des Teils auf die erreichbare Toleranz aus?
Je größer das Bauteil, desto höher ist das Risiko von Verformungen und geometrischen Fehlern. Daher erfordern große Bauteile in der Regel größere Toleranzen.
Wie viel kostet die Bearbeitung mit einer Toleranz von IT6 im Vergleich zu IT8?
Die Fertigung in der Klasse IT6 erfordert mehr Präzision, Zeit und Qualitätskontrolle. Infolgedessen können die Kosten deutlich höher sein als bei IT8.
Ist die Toleranz IT7 für Pressverbindungen ausreichend?
In vielen Anwendungsfällen ist die Toleranz IT7 für Standard-Presspassungen ausreichend. Die endgültige Auswahl hängt jedoch von der Art der Belastung und den Betriebsbedingungen des Bauteils ab.
