Die CNC-Bearbeitung komplexerer Komponenten erfordert häufig mehrere Aufspannungen. Dies liegt daran, dass Flächen an unterschiedlichen Seiten eines Bauteils bearbeitet werden müssen, die Geometrie anspruchsvoll ist oder der Werkzeugzugang eingeschränkt wird. Jeder Wechsel der Aufspannung birgt das Risiko von Abweichungen, die die Genauigkeit des fertigen Bauteils beeinflussen können.
Bei der Fertigung solcher Komponenten ist es besonders wichtig, die korrekte Lage der einzelnen Flächen zueinander einzuhalten. Dies erfordert eine sorgfältige Planung der aufeinanderfolgenden Bearbeitungsschritte, eine präzise Festlegung der Bearbeitungsbezüge sowie Kontrollen in den einzelnen Phasen der CNC-Bearbeitung.
Inhaltsverzeichnis
Warum erfordern manche Bauteile mehrere Aufspannungen bei der CNC-Bearbeitung?
Die Notwendigkeit eines Aufspannungswechsels ergibt sich in erster Linie aus der Geometrie der Komponente. Bei komplexeren Bauteilen ist es nicht immer möglich, alle erforderlichen Flächen in einer einzigen Aufspannung mit dem Schneidwerkzeug zu erreichen.
Mehrere Aufspannungen können bei Bauteilen erforderlich sein, die von verschiedenen Seiten bearbeitet werden müssen, deren Flächen in unterschiedlichen Ebenen liegen oder bei denen die Art der Abstützung geändert werden muss. Jede weitere Aufspannung bedeutet jedoch, dass die Position des Werkstücks erneut festgelegt werden muss. Deshalb sollte die Aufteilung der CNC-Bearbeitung in einzelne Arbeitsschritte bereits vor Produktionsbeginn geplant werden.
Welche Faktoren beeinflussen die Genauigkeit zwischen aufeinanderfolgenden Aufspannungen bei der CNC-Bearbeitung?
Die Genauigkeit eines Bauteils hängt sowohl von der Einhaltung der geforderten Maße als auch von der gegenseitigen Lage der in verschiedenen Aufspannungen bearbeiteten Flächen ab. Bereits eine geringe Verschiebung beim erneuten Positionieren kann dazu führen, dass die fertige Komponente nicht mehr vollständig den Vorgaben der technischen Dokumentation entspricht.
Zu den Einflussfaktoren gehören unter anderem die Art der Bezugnahme, die Genauigkeit der erneuten Positionierung, der Zustand der als Bezug dienenden Flächen sowie die Stabilität der Aufspannung. Eine kleine Abweichung, die während eines Bearbeitungsschritts entsteht, kann sich auf später gefertigte Flächen auswirken.
Werkstückbezug und Beibehaltung der Bezugspunkte
Bearbeitungsbezüge ermöglichen es, die Position einer Komponente während der aufeinanderfolgenden Phasen der CNC-Bearbeitung festzulegen. Sie sollten eine wiederholgenaue Positionierung des Werkstücks und die Einhaltung der erforderlichen geometrischen Beziehungen gewährleisten.
Besonders wichtig ist der erste Bearbeitungsschritt, bei dem Flächen entstehen können, die später als Bezug dienen. Ihre Genauigkeit beeinflusst die Positionierung des Werkstücks bei den folgenden Aufspannungen.
Die Anforderungen an Bezugsflächen und Toleranzen sollten in der technischen Dokumentation eindeutig festgelegt sein. Welche Informationen für die Produktionsvorbereitung benötigt werden, erläutern wir ausführlicher in unserem Artikel „CNC-Bearbeitung auf Grundlage der Kundendokumentation – was wird für die Produktionsvorbereitung benötigt?“.
Genauigkeit der Werkstückpositionierung und -spannung
Nach einem Aufspannungswechsel muss sich das Werkstück in einer genau definierten Position befinden. Dabei sind sowohl die Art der Positionierung als auch die Flächen, die mit den Spannelementen in Kontakt kommen, von Bedeutung.
Wichtig ist außerdem die Sauberkeit der Bezugsflächen. Ein zurückgebliebener Span oder eine andere Verunreinigung kann die Positionierung des Werkstücks und die Maße beeinflussen, die im nächsten Bearbeitungsschritt gefertigt werden. Gleichzeitig muss die Aufspannung während der Zerspanung ausreichend Stabilität gewährleisten, ohne unerwünschte Verformungen zu verursachen.
Wie lassen sich aufeinanderfolgende Aufspannungen bei der CNC-Bearbeitung planen?
Die Aufteilung des Fertigungsprozesses in mehrere Aufspannungen erfordert die Berücksichtigung der Bauteilgeometrie, der Toleranzen und der gegenseitigen Lage der Flächen. Besonders wichtig ist die Festlegung, welche Merkmale zuerst bearbeitet werden sollen und welche Bezüge bei den folgenden Arbeitsschritten verwendet werden.
Bei SIM Gdynia fertigen wir seit über 45 Jahren mechanische Komponenten. Bei komplexeren Bauteilen nutzen wir diese Erfahrung bereits während der technologischen Vorbereitung, wenn die Anforderungen der technischen Dokumentation mit den Möglichkeiten zur Bearbeitung der einzelnen Flächen in Einklang gebracht werden müssen.
Wie solche Bearbeitungsschritte vorbereitet werden, erläutern wir ausführlicher in unserem Artikel „Von der Dokumentation bis zur stabilen Produktion – die Arbeit eines Technologen bei SIM Gdynia“.
Bearbeitungsreihenfolge und Zugänglichkeit der zu bearbeitenden Flächen
Die Reihenfolge der CNC-Bearbeitung sollte den Zugang des Werkzeugs zu den erforderlichen Bereichen ermöglichen und gleichzeitig die Flächen erhalten, die für die spätere Positionierung und Spannung benötigt werden.
Wenn mehrere Merkmale eines Bauteils besonders hohe Anforderungen an ihre gegenseitige Lage erfüllen müssen, kann es vorteilhaft sein, sie in derselben Aufspannung zu bearbeiten, sofern die Bauteilgeometrie und die Möglichkeiten der Werkzeugmaschine dies zulassen. Dadurch lässt sich der Einfluss von Fehlern reduzieren, die durch die erneute Positionierung der Komponente entstehen.
In anderen Fällen sollte der Prozess so aufgeteilt werden, dass jede weitere Aufspannung einen eindeutig definierten und wiederholgenauen Bezug zu den zuvor bearbeiteten Flächen besitzt.
Fehler bei der erneuten Werkstückpositionierung reduzieren
Zur Reduzierung von Fehlern sind sorgfältig vorbereitete Bezugsflächen, wiederholbare Spannbedingungen sowie die Kontrolle der Flächen erforderlich, die zur Positionierung des Werkstücks verwendet werden.
Bei anspruchsvolleren Komponenten empfiehlt es sich außerdem, Kontrollen bereits in früheren Produktionsphasen einzuplanen. So lassen sich Abweichungen erkennen, bevor weitere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden.
Aus unserer Erfahrung ist es bei Bauteilen, die in mehreren Aufspannungen gefertigt werden, entscheidend, die aufeinanderfolgenden Arbeitsschritte als einen zusammenhängenden Prozess und nicht als voneinander unabhängige Phasen zu betrachten.
Welche Probleme können bei der CNC-Bearbeitung in mehreren Aufspannungen auftreten?
Jeder Wechsel der Aufspannung birgt das Risiko von Abweichungen, die die Genauigkeit der fertigen Komponente beeinträchtigen können. Zu den häufigsten Problemen gehören:
- Verschiebung oder Änderung der Werkstückausrichtung – kann zu Fehlern in der gegenseitigen Lage von Flächen führen, die in unterschiedlichen Aufspannungen bearbeitet wurden.
- Ungenaue Festlegung der Bearbeitungsbezüge – erschwert eine wiederholgenaue Positionierung des Werkstücks bei den folgenden Arbeitsschritten.
- Verunreinigte Kontaktflächen – zurückgebliebene Späne können eine fehlerhafte Positionierung der Komponente verursachen.
- Verformungen beim Spannen – können insbesondere bei weniger steifen Bauteilen die endgültige Geometrie beeinflussen.
Mit zunehmender Anzahl der Aufspannungen steigt das Fehlerrisiko. Deshalb sollte ihre Anzahl bei der Planung der CNC-Bearbeitung möglichst begrenzt werden, sofern die Bauteilgeometrie und die technologischen Möglichkeiten dies zulassen.
Kontrolle der Bauteilgenauigkeit zwischen aufeinanderfolgenden CNC-Bearbeitungsschritten
Kontrollen in den einzelnen Produktionsphasen ermöglichen es, Abweichungen vor Beginn der nächsten Bearbeitungsschritte zu erkennen. Bei Bauteilen, die mehrere Aufspannungen erfordern, ist es besonders wichtig, die Maße und Flächen zu überprüfen, die bei der nächsten Positionierung als Bezug dienen.
Der Umfang der Messungen hängt von der technischen Dokumentation und der Bauteilgeometrie ab. Neben den grundlegenden Abmessungen kann auch die Überprüfung der gegenseitigen Lage von Flächen erforderlich sein, die in unterschiedlichen Aufspannungen bearbeitet wurden.
Bei SIM Gdynia verfügen wir über mehr als 800 Messmittel. Dadurch können wir die Prüfverfahren an die Geometrie des jeweiligen Bauteils und die Anforderungen der technischen Dokumentation anpassen.
Zusammenfassung
Die CNC-Bearbeitung von Bauteilen, die mehrere Aufspannungen erfordern, setzt ein sorgfältig abgestimmtes Zusammenspiel von Werkstückbezug, Bearbeitungsreihenfolge, stabiler Spannung und Qualitätskontrolle voraus. Jede erneute Positionierung kann die endgültige Genauigkeit beeinflussen. Deshalb sollten die einzelnen Bearbeitungsschritte als Bestandteile eines zusammenhängenden Fertigungsprozesses betrachtet werden.
Eine sorgfältige Planung der aufeinanderfolgenden Aufspannungen hilft, Fehler durch erneutes Positionieren zu reduzieren und die erforderlichen geometrischen Beziehungen zwischen Flächen einzuhalten, die in unterschiedlichen Arbeitsschritten gefertigt werden. Besonders wichtig sind dabei geeignete Bearbeitungsbezüge und die Kontrolle entscheidender Maße in den entsprechenden Produktionsphasen.
Erfordert Ihr Bauteil eine CNC-Bearbeitung in mehreren Aufspannungen? Kontaktieren Sie uns, um die Möglichkeiten der Fertigung zu besprechen.