9 häufige CNC-Bearbeitungsfehler und wie man sie vermeidet

Bearbeitungsfehler bezeichnet die Abweichung der tatsächlichen geometrischen Parameter (Größe, Form, Lage) eines Teils nach der Bearbeitung von den idealen geometrischen Parametern. Der Grad der Übereinstimmung zwischen tatsächlichen und idealen Parametern ist die Bearbeitungsgenauigkeit. Je kleiner der Bearbeitungsfehler, desto höher die Übereinstimmung und desto höher die Bearbeitungsgenauigkeit. Bearbeitungsgenauigkeit und Bearbeitungsfehler sind zwei Seiten derselben Medaille; die Fehlergröße spiegelt das Genauigkeitsniveau wider.

1. Maschinenbauliche Fertigungsfehler

Diese umfassen hauptsächlich Spindeldrehfehler, Führungsfehler und Antriebskettenfehler.

Der Spindeldrehfehler ist die Abweichung der tatsächlichen Drehachse von ihrer Mittelachse zu jedem Zeitpunkt; er wirkt sich direkt auf die Werkstückgenauigkeit aus. Hauptursachen: Spindelkoaxialitätsfehler, Lagerfehler, Koaxialitätsfehler zwischen Lagern, Spindelunrundheit. Die Führungsschiene ist Referenz für die relative Position der Maschinenkomponenten und für die Maschinenbewegung. Fertigungsfehler der Führung, ungleichmäßiger Verschleiß und Montagequalität sind entscheidende Faktoren für Führungsfehler. Antriebskettenfehler bezeichnen den relativen Bewegungsfehler zwischen den Enden der Antriebskette, verursacht durch Fertigungs- und Montagefehler der Kettenglieder sowie Verschleiß im Betrieb.

2. Geometrische Werkzeugfehler

Jedes Werkzeug verschleißt beim Schneiden, was Größe und Form des Werkstücks verändert. Der Einfluss auf den Bearbeitungsfehler hängt vom Werkzeugtyp ab: Bei festen Abmessungen (z. B. Bohrer, Reibahlen) wirkt sich der Werkzeugherstellungsfehler direkt auf die Werkstückgenauigkeit aus; bei allgemeinen Werkzeugen (z. B. Drehmeißel) hat der Herstellungsfehler keine direkte Auswirkung.

3. Geometrische Spannvorrichtungsfehler

Die Spannvorrichtung positioniert das Werkstück relativ zu Werkzeug und Maschine. Ihre geometrischen Fehler beeinflussen den Bearbeitungsfehler stark – insbesondere den Lagefehler.

4. Positionierfehler

Dazu gehören Bezugsversatzfehler und Positionierpaar-Fertigungsungenauigkeiten. Bei der Bearbeitung müssen geometrische Elemente des Werkstücks als Positionierreferenz dienen. Stimmt die Positionierreferenz nicht mit der Konstruktionsreferenz (Bezug für Maß und Lage auf der Zeichnung) überein, entsteht ein Bezugsversatzfehler.

Die Werkstück-Positionierfläche und das Spannvorrichtungselement bilden ein Positionierpaar. Die maximale Lageänderung des Werkstücks durch ungenaue Fertigung des Positionierpaars und dessen Passspiel heißt Positionierpaar-Fertigungsungenauigkeit. Dieser Fehler tritt nur beim Einstellverfahren auf, nicht beim Probeschneidverfahren.

5. Kraft- und Verformungsbedingte Fehler des Prozessesystems

Werkstücksteifigkeit: Ist die Werkstücksteifigkeit relativ gering, führt die Schnittkraft zu Verformungen, die den Bearbeitungsfehler stark beeinflussen.

Werkzeugsteifigkeit: Bei Außendrehmeißeln ist die Steifigkeit normal zur Bearbeitungsfläche sehr hoch – Verformung vernachlässigbar. Bei kleinem Innendurchmesser-Bohren ist die Steifigkeit des Bohrstabs gering; Krafteinwirkung und Verformung beeinträchtigen die Bohrungsgenauigkeit erheblich.

Maschinenkomponentensteifigkeit: Besteht aus vielen Teilen; keine einfache Berechnungsmethode vorhanden. Experimentelle Bestimmung üblich. Einflussfaktoren: Kontaktverformung an Fügeflächen, Reibung, geringsteife Teile, Spiel.

6. Thermisch bedingte Verformungsfehler

Thermische Verformung des Prozessesystems hat großen Einfluss, besonders in der Präzisionsbearbeitung und bei Großteilen – bis zu 50 % des Gesamtfehlers.

7. Einstellfehler

In jedem Bearbeitungsschritt muss das Prozessesystem eingestellt werden. Da Einstellungen nie absolut genau sind, entsteht ein Einstellfehler. Die gegenseitige Lagegenauigkeit von Werkstück und Werkzeug wird durch Einstellen von Maschine, Werkzeug, Spannvorrichtung oder Werkstück sichergestellt. Erfüllen Maschine, Werkzeug, Spannvorrichtung und Rohling die Prozessanforderungen und werden dynamische Faktoren vernachlässigt, spielt der Einstellfehler die entscheidende Rolle für den Bearbeitungsfehler.

8. Messfehler

Bei der In-Prozess- oder Endmessung hängen Genauigkeit und Ergebnis von Messmethode, Messmittelgenauigkeit, Werkstückzustand sowie subjektiven und objektiven Faktoren ab.

9. Eigenspannungen

Spannungen im Bauteil ohne äußere Krafteinwirkung. Einmal entstanden, befindet sich das Metall in einem energiereichen, instabilen Zustand und strebt in einen energierarmen, stabilen Zustand – begleitet von Verformung, wodurch das Werkstück seine ursprüngliche Bearbeitungsgenauigkeit verliert.