Die moderne CNC-Bearbeitung ermöglicht eine sehr hohe Fertigungsgenauigkeit von Bauteilen. In der Produktionspraxis lautet die wichtigste Frage jedoch nicht: Wie genau können wir ein Bauteil fertigen, sondern welche Genauigkeit erfordert seine Funktion tatsächlich?
In der Praxis enthalten viele Projekte Toleranzen, die wesentlich strenger sind, als es notwendig wäre. Jede Verschärfung der Genauigkeitsklasse wirkt sich auf die Fertigungstechnologie, die Zykluszeit und die Stückkosten des Teils aus.
In vielen industriellen Anwendungen der CNC-Bearbeitung werden die Klassen IT7–IT8 verwendet, die eine angemessene Genauigkeit bei gleichbleibender Prozessstabilität gewährleisten. Der Übergang in den Bereich IT6 oder höher ist in der Regel mit erhöhten technologischen Anforderungen verbunden und kann zu einem Anstieg der Produktionskosten führen, insbesondere bei komplexeren Bauteilen.
IT-Toleranzklassen in der CNC-Bearbeitung – Grundlage für die Kommunikation zwischen Konstrukteur und Ausführendem
Die IT-Toleranzklassen (International Tolerance) legen den zulässigen Abweichungsbereich vom Nennmaß fest. Je niedriger die IT-Klasse, desto enger der Toleranzbereich und desto höher die Anforderungen an den Fertigungsprozess.
Was ist die IT-Genauigkeitsklasse in der CNC-Bearbeitung?
Gemäß der Norm ISO 286 werden die Klassen IT01 bis IT5 hauptsächlich bei Messgeräten und Referenzelementen verwendet. Im Maschinenbau kommt meist der Bereich IT6–IT11 zum Einsatz.
Zum Beispiel:
Bei einer Welle mit einem Durchmesser von 50 mm bedeutet die Klasse IT7 eine Toleranz von etwa 0,025 mm. Zum Vergleich: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt etwa 0,05–0,08 mm.
Solch geringe Maßabweichungen zeigen, wie viel Stabilität der CNC-Bearbeitungsprozess bei hohen Genauigkeitsklassen erfordert.
Wärmeausdehnung des Materials
Einer der Faktoren, die die Einhaltung der Toleranzen beeinflussen, ist die Materialtemperatur.
Die Einhaltung der IT6-Klasse bei größeren Bauteilen kann anspruchsvoll sein, insbesondere bei Werkstoffen mit hoher Wärmeausdehnung wie Aluminium. Temperaturunterschiede zwischen der Produktions- und der Messumgebung können das Messergebnis und die Einhaltung der geforderten Toleranz beeinflussen.
Daher wird in der Präzisions-CNC-Bearbeitung häufig eine Stabilisierung der Temperaturbedingungen vor der abschließenden Qualitätskontrolle durchgeführt.
Wie sich Toleranzen auf die Produktionskosten in der CNC-Bearbeitung auswirken
Der Zusammenhang zwischen Toleranzklasse und Produktionskosten ist nicht linear. Jede weitere Genauigkeitsstufe führt zu einer erheblichen Zunahme der Prozesskomplexität.
Zykluszeit und Anzahl der Arbeitsschritte
Der Übergang von der Toleranzklasse IT9 zu IT6 bedeutet sehr oft einen Wechsel der Fertigungstechnologie.
Anstelle eines einzigen Endbearbeitungsvorgangs kann Folgendes erforderlich sein:
- Grobbearbeitung,
- Ausglühen des Werkstücks (Spannungsarmglühen),
- Präzisionsfertigbearbeitung,
- zusätzliche Prozesse, z. B. Schleifen.
Jeder dieser Schritte verlängert die Produktionszeit und erhöht die Stückkosten des Bauteils.
Ungefähre Auswirkungen der IT-Klasse auf die Kosten des Werkstücks
| IT-Klasse | Komplexität des Prozesses | Geschätzte Produktionskosten |
| IT11 – IT13 | Grobbearbeitung | Grundstufe |
| IT8 – IT9 | Standard-CNC-Bearbeitung | +20–40 % |
| IT7 | Präzisionsbearbeitung | +60–100 % |
| IT6 und höher | Schleifen / kontrollierte Bedingungen | +200 % und mehr |
Die Werte sind Richtwerte, da die tatsächlichen Kosten vom Material, der Werkstückgeometrie und der Seriengröße abhängen.
Werkzeuge und Vorrichtungen
Eine höhere Genauigkeit erfordert auch präzisere Vorrichtungen.
In der CNC-Bearbeitung kommen dann u. a. zum Einsatz:
- Schrumpfspannzangen mit minimalem Rundlauf,
- Hartmetallwerkzeuge mit sehr engen Toleranzen,
- stabile Werkstückspannsysteme.
Wichtig ist, dass die Werkzeuge zwar weiterhin das Material korrekt zerspanen können, aber die erforderliche Genauigkeitsklasse nicht mehr einhalten. In der Praxis bedeutet dies, dass sie vorzeitig ausgetauscht werden müssen.
Je höher die Genauigkeitsklasse, desto komplexer und kostspieliger wird der Fertigungsprozess. Daher ist die Optimierung der Toleranzen eines der Schlüsselelemente bei der Konstruktion von Werkstücken für die CNC-Bearbeitung.
Passungen in der mechanischen Montage
Toleranzklassen stehen in direktem Zusammenhang mit der Wahl der Passungen zwischen den Bauteilen.
In der mechanischen Montage werden drei grundlegende Passungsarten verwendet:
Lospassung
Zwischen den Bauteilen besteht immer Spiel. Sie werden bei beweglichen Bauteilen verwendet, z. B. bei Gleitlagern.
Mischpassung
Je nach den tatsächlichen Abmessungen der Bauteile kann Spiel oder Presssitz auftreten.
Presspassung
Die Verbindung der Bauteile erfordert den Einsatz großer Kräfte oder Temperaturunterschiede, beispielsweise durch Erwärmen eines Bauteils oder Abkühlen des anderen.
Bei großen Industriekomponenten kann eine falsche Wahl der Toleranzen bereits in der Montagephase zu ernsthaften Problemen führen.
Die Wahl der richtigen Passung hat direkten Einfluss auf die Funktion mechanischer Verbindungen. Falsch gewählte Toleranzen können zu Montageproblemen oder übermäßigem Verschleiß der Bauteile führen.
Qualitätskontrolle und Messung von Werkstücken in der CNC-Bearbeitung
Präzise CNC-Bearbeitung erfordert ebenso präzise Qualitätskontrollmethoden. Das Messsystem muss genauer sein als die Toleranz, die wir überprüfen wollen.
Je nach Geometrie des Werkstücks kommen zum Einsatz:
- Mikrometer und Durchmessermessgeräte,
- Festlehren,
- Koordinatenmessgeräte (CMM).
Bei komplexen Geometrien ermöglichen gerade Koordinatenmessungen die Kontrolle sowohl der linearen Maße als auch der geometrischen Toleranzen.
Ausführlicher auf dieses Thema gehen wir in unserem Artikel über Messmethoden für Werkstücke und die Rolle der Messkammer in der CNC-Bearbeitung ein.
Zusammenfassung
Die Optimierung der Toleranzklassen ist eine der effektivsten Methoden, um die Produktionskosten zu senken, ohne die Funktionalität des Werkstücks zu beeinträchtigen.
In vielen Fällen verbessert die Anwendung einer strengeren IT-Klasse die Funktion des Produkts nicht, sondern erhöht lediglich dessen Herstellungskosten. Daher lohnt es sich bereits in der Konstruktionsphase zu analysieren, welche Genauigkeit tatsächlich erforderlich ist.
Bei SIM Gdynia fertigen wir bei der Umsetzung von Projekten nicht nur Teile gemäß der Dokumentation, sondern unterstützen unsere Kunden auch bei der Auswahl von Toleranzen und CNC-Bearbeitungstechnologien, um ein Gleichgewicht zwischen Präzision und Wirtschaftlichkeit der Produktion zu wahren.Erfordert Ihr Projekt spezielle Passungen oder ungewöhnliche Toleranzklassen? Wenden Sie sich an unsere Technologieabteilung – wir helfen Ihnen bei der Auswahl der Parameter, um ein Gleichgewicht zwischen Präzision und Wirtschaftlichkeit der Produktion zu wahren.