CNC-Bearbeitung optimieren: Prozessaufteilung & Sequenzierung für Präzision

Die Prozessplanung bezieht sich auf den gesamten Fertigungsablauf und lässt sich nicht allein anhand eines einzelnen Arbeitsschritts oder der Bearbeitung einer bestimmten Fläche beurteilen. So müssen beispielsweise einige Positionierreferenzflächen bereits in der Halbschlicht- oder sogar in der Schruppphase sehr präzise bearbeitet werden. Um Dimensionskettenumrechnungen zu vermeiden, kann im Schlichtstadium auch die Halbschlichtung bestimmter Sekundärflächen vorgesehen werden.

Nach Festlegung der Bearbeitungsmethode und des Bearbeitungsstadiums für jede Teilfläche können die Bearbeitungsschritte innerhalb desselben Stadions zu mehreren Arbeitsgängen zusammengefasst werden.

Methoden der Arbeitsgangaufteilung

Teile, die auf CNC-Maschinen gefertigt werden, werden grundsätzlich nach dem Prinzip der Prozesskonzentration in Arbeitsgänge unterteilt. Die gängigsten Aufteilungsmethoden sind:

1) Nach verwendeten Werkzeugen

Als ein Arbeitsgang gilt der Prozess, der mit demselben Werkzeug abgeschlossen wird. Diese Methode eignet sich besonders für Werkstücke mit vielen zu bearbeitenden Flächen und wird häufig in Bearbeitungszentren angewendet.

2) Nach Anzahl der Werkstückspannungen

Ein Arbeitsgang umfasst alle Bearbeitungsschritte, die in einer einzigen Spannung des Werkstücks erledigt werden können. Ideal für Teile mit geringem Bearbeitungsumfang, sofern die Qualitätsanforderungen in einer Spannung erfüllbar sind.

3) Nach Schruppen und Schlichten

Der Schruppanteil bildet einen Arbeitsgang, der Schlichtanteil einen weiteren. Diese Aufteilung ist sinnvoll bei Teilen mit Festigkeits- und Härteanforderungen, notwendiger Wärmebehandlung, hohen Genauigkeitsforderungen, effektiver Spannungsarmglühung oder großer Verformung nach der Bearbeitung, die eine Trennung in Schrupp- und Schlichtstadien erfordert.

4) Nach Bearbeitungslage

Der Prozessanteil, der dasselbe Profil fertigstellt, wird als ein Arbeitsgang betrachtet. Bei komplexen Teilen mit vielen Bearbeitungsflächen müssen CNC-Bearbeitung, Wärmebehandlung und Hilfsprozesse sinnvoll sequenziert und die Übergänge zwischen den Arbeitsgängen geklärt werden. Bauteile bestehen aus mehreren Flächen mit eigenen Genauigkeitsanforderungen und gegenseitigen Lagebeziehungen.

Prinzipien der Bearbeitungsreihenfolge

Um die Konstruktionsgenauigkeit zu erfüllen, muss die Bearbeitungsreihenfolge bestimmten Prinzipien folgen:

1) Erst schruppen, dann schlichten

Die Bearbeitung jeder Fläche erfolgt in der Reihenfolge: Schruppen, Halbschlichten, Schlichten, Feinschlichten – mit dem Ziel, Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität schrittweise zu verbessern. Werden alle Flächen auf CNC-Maschinen bearbeitet, ist die übliche Reihenfolge: alle Schruppgänge, dann alle Halbschrupp- und Schlichtgänge. Beim Schruppen wird der größte Teil des Zerspanvolumens schnell entfernt, anschließend werden alle Flächen nacheinander geschlichtet. Das steigert die Produktivität und sichert Genauigkeit und Rauheit. Geeignet für Flächen mit hohen Lagegenauigkeitsanforderungen. Ausnahmen: Bei höchsten Dimensionsanforderungen kann – unter Berücksichtigung von Steifigkeit, Verformung und Maßhaltigkeit – auch flächenweise in der Reihenfolge Schruppen, Halbschlichten, Schlichten verfahren werden. Bei höchsten Präzisionsanforderungen sollte zwischen Schruppen und Schlichten eine Pause liegen, damit sich Spannungen abbauen und Verformungen minimieren.

2) Bezugsflächen zuerst bearbeiten

Zu Beginn wird die Fläche bearbeitet, die als Feinbezug dient. Da die Positionierreferenz präzise ist, ist der Spannfehler minimal. Daher wird die Positionierreferenzfläche bei jedem Teil zuerst geschruppt und halbschlicht, bei Bedarf auch geschlichtet. Beispiel Wellen: Zuerst Zentrumsbohrung, dann Bohrungssystem und weitere Flächen auf Basis der Zentrumsbohrung und Passbohrung als Präzisionsreferenz. Bei mehreren Präzisionsreferenzen richtet sich die Reihenfolge nach dem Bezugsumwandlungsprinzip und der schrittweisen Genauigkeitssteigerung.

3) Erst Fläche, dann Bohrung

Bei Gehäusen, Konsolen, Maschinenbetten etc. sind die Planabmessungen groß und die Plananlage stabil. Daher zuerst Flächen, dann Bohrungen. Das liefert für nachfolgende Operationen eine stabile Referenz, erleichtert die Bohrungsbearbeitung auf ebenem Grund und verbessert die Bohrungsgenauigkeit. Generell: einfache Geometrien vor komplexen, geringere Genauigkeit vor höherer, Fläche vor Bohrung.

4) Erst innen, dann außen

Bei Präzisionshülsen mit Koaxialitätsforderung zwischen Außendurchmesser und Bohrung: zuerst Bohrung (Außendurchmesser als Referenz), dann Außendurchmesser (Bohrung als Referenz). Das sichert hohe Koaxialität und einfache Spannvorrichtungen.

5) Werkzeugwechsel minimieren

Bei der CNC-Bearbeitung sollte die Bearbeitungsreihenfolge so weit wie möglich der Reihenfolge folgen, in der das Werkzeug die Bearbeitungsposition anfährt.