Moderne CNC-Bearbeitungszentren sind äußerst präzise Maschinen, dennoch unterliegen selbst die genauesten Geräte verschiedenen Faktoren, die die Bearbeitungsgenauigkeit beeinflussen. Das Erreichen und Aufrechterhalten einer hohen Präzision erfordert ein Verständnis der Fehlerquellen und die Implementierung geeigneter Kompensationsmethoden.
Thermische Verformungen stellen eine der größten Herausforderungen in der CNC-Bearbeitung dar. Während des Betriebs erzeugen Motoren, Getriebe, Zerspanungsprozesse sowie Reibung in den Führungen Wärme. Dies führt zu einer thermischen Ausdehnung der Konstruktionselemente, was sich direkt auf die Positioniergenauigkeit auswirkt. Besonders empfindlich ist die Spindeleinheit, bei der ein Temperaturanstieg erhebliche Veränderungen in der Geometrie des Systems Spindel-Werkzeugaufnahme-Werkzeug verursachen kann.
Moderne Werkzeugmaschinen sind mit fortschrittlichen Systemen zur thermischen Kompensation ausgestattet. Diese nutzen ein Netzwerk von Temperatursensoren, die an Schlüsselstellen der Maschine platziert sind. Basierend auf den Sensordaten nimmt die Steuerung Korrekturen in der Achspositionierung vor. Zusätzlich werden Kühlsysteme für die Hauptkomponenten eingesetzt, um die Temperatur während des Betriebs zu stabilisieren.
Im Zerspanungsprozess ist der schrittweise Verschleiß der Werkzeugschneiden unvermeidlich. Fortschreitender Verschleiß führt zu Veränderungen in der Geometrie der Schneidkante, was Maßungenauigkeiten und eine Verschlechterung der Oberflächenqualität zur Folge hat. Außerdem erzeugt ein verschlissenes Werkzeug höhere Zerspanungskräfte und einen erhöhten Vibrationspegel.
Moderne Systeme zur Werkzeugzustandsüberwachung ermöglichen die Echtzeitverfolgung des Werkzeugverschleißes. Dabei werden Zerspanungskräfte, Vibrationen oder die von der Spindel aufgenommene Leistung gemessen. Auf Basis dieser Daten können Werkzeugoffsets automatisch korrigiert oder die Zerspanungsparameter adaptiv angepasst werden. Diese Systeme erkennen auch plötzliche Werkzeugschäden und stoppen die Maschine, um Produktionsausfälle zu vermeiden.
Vibrationen, die während der Zerspanung entstehen, sind ein wesentlicher Faktor, der die Genauigkeit beeinträchtigt. Ursachen für Vibrationen können eine Unwucht rotierender Bauteile, ungeeignete Zerspanungsparameter oder ein zu großer Werkzeugüberstand sein. Die Folgen sind nicht nur eine schlechtere Oberflächenqualität und Maßungenauigkeiten, sondern auch ein beschleunigter Verschleiß von Werkzeugen und Maschinenelementen.
Die Bekämpfung von Vibrationen erfordert einen ganzheitlichen Ansatz. Grundlage ist die richtige Wahl der Zerspanungsparameter, die die dynamischen Eigenschaften des Systems Maschine-Spannmittel-Werkstück-Werkzeug berücksichtigen. Bei der Bearbeitung von Bauteilen, die anfällig für Vibrationen sind, werden spezielle Bearbeitungsstrategien wie variable Schnitttiefen oder eine adaptive Vorschubsteuerung eingesetzt.
Im Laufe der Zeit verschlechtert sich die geometrische Genauigkeit der Werkzeugmaschine. Ursache sind abgenutzte Führungselemente, Spiel in den Antriebssystemen oder Verformungen der Konstruktion unter Last. Diese Fehler sind systematisch und können effektiv kompensiert werden.
Grundlage ist die regelmäßige Kalibrierung der Maschine mit präzisen Messgeräten wie Laserinterferometern oder elektronischen Wasserwaagen. Auf Basis der Messungen wird eine Fehlerkarte der geometrischen Abweichungen erstellt, die von der Steuerung zur Korrektur während der Bearbeitung genutzt wird. Immer häufiger werden auch In-Process-Messsysteme eingesetzt, die eine kontinuierliche Kontrolle und Kompensation der Fehler ermöglichen.
Eine effektive Fehlerkompensation in der CNC-Bearbeitung erfordert einen systematischen Ansatz, der fortschrittliche technische Lösungen mit dem Wissen und der Erfahrung der Bediener verbindet. Von entscheidender Bedeutung sind regelmäßige Diagnosen und Wartungen der Maschinen sowie das Bewusstsein für die Faktoren, die die Bearbeitungsgenauigkeit beeinflussen. Nur ein solcher ganzheitlicher Ansatz ermöglicht es, eine hohe Fertigungspräzision zu erreichen und zu erhalten – ein entscheidender Faktor bei der Herstellung technisch anspruchsvoller Bauteile.
TOKAR CNC Technology Mateusz Maćków
