Typische Fehler bei der zerspanenden Bearbeitung und deren Lösung

1. Werkzeughandhabung und Schnittparameter

1.2 Zu zaghafter Umgang mit Werkzeugen

Ein häufiger Fehler in der CNC-Bearbeitung ist der zu zaghafte Umgang mit Werkzeugen, der sich oft aus Unsicherheiten und unzureichendem Vertrauen in die Maschine und Werkzeuge ergibt. Stattdessen wird das Werkzeug vorsichtig und unter Vorsichtsmaßnahmen eingesetzt, was die Maschinenparameter und -funktionen oft unterfordert.

Dies kann beispielsweise bedeuten, dass ein Fräser beim Eintauchen ins Material zu langsam oder mit zu geringem Vorschub geführt wird, wodurch das Potenzial der Maschine nicht optimal genutzt wird.

• Qualität: Ein zurückhaltender Ansatz beeinflusst die Oberflächenqualität negativ, da durch unzureichende Geschwindigkeit und Schnitttiefe unnötige Vibrationen entstehen, die Rattermarken hinterlassen und die Genauigkeit der Bearbeitung beeinträchtigen.
• Kosten: Der zaghaft eingeschlagene Weg ist häufig kostenintensiv, da durch ineffiziente Nutzung der Maschine mehr Zeit aufgebracht wird, um ein Werkstück zu fertigen. Dies führt zu zusätzlichen Stromkosten und Werkzeugverschleiß ohne tatsächlichen Mehrwert.
• Zeit: Besonders in Produktionsprozessen ist Zeit ein entscheidender Faktor. Ein zu zaghafter Einsatz der Werkzeuge führt zu einer Verlängerung der Bearbeitungszeit und somit zu einer Verzögerung in der Produktion.

Beispiel: Ein Betreiber, der beim Fräsen eines Aluminiumblocks vorsichtig ist, könnte den Vorschub um 30 % reduzieren, um Werkzeugschäden zu vermeiden. Dadurch verlängert sich die Bearbeitungszeit pro Werkstück um ca. 20 Minuten, was bei einer Serienproduktion schnell zu Verzögerungen und ineffizientem Maschinenlauf führt.

1.2 Verwendung zu niedriger Schnittwerte

Niedrige Schnittwerte sind ein weiterer Fehler, der bei CNC-Arbeiten häufig vorkommt. Zu geringe Schnittgeschwindigkeiten und Vorschübe werden oft aus Vorsicht gewählt, um Werkzeugbruch und Maschinenverschleiß zu vermeiden.

Dieser Ansatz führt jedoch oft zu kontraproduktiven Ergebnissen.

• Qualität: Eine niedrige Schnittgeschwindigkeit kann zu einer verminderten Oberflächenqualität führen, da das Werkzeug ungleichmäßig Material abträgt und so eine unebene Oberfläche erzeugt. Zudem wird das Material durch die Reibung zusätzlich erhitzt, was insbesondere bei temperaturempfindlichen Werkstoffen zu Verformungen oder Härteveränderungen führen kann.
• Kosten: Da der Maschinenlauf ineffizient ist, erhöhen sich die Produktionskosten. Die Nutzung des Werkzeugs außerhalb des optimalen Bereichs verursacht zudem unnötigen Verschleiß. Dies bedeutet, dass Werkzeuge häufiger ausgetauscht werden müssen, was zusätzliche Kosten verursacht.
• Zeit: Niedrige Schnittwerte führen direkt zu einer Verlängerung der Bearbeitungszeit, was in Produktionsprozessen Zeitverlust bedeutet und die Gesamteffizienz der Maschine beeinträchtigt.

Beispiel: Ein Bediener, der aus Vorsicht eine Schnittgeschwindigkeit von nur 50 % des empfohlenen Wertes einstellt, verlängert die Bearbeitungszeit um bis zu 40 %. Diese Zeit könnte für andere Aufgaben genutzt werden und stellt so eine ineffiziente Nutzung der Maschinenkapazität dar.

1.3 Zu kleine Zustellungen und Vorschübe

Ein weiteres Problem ist die Verwendung von zu kleinen Zustellungen und Vorschüben.

Wenn die Zustellung oder der Vorschub zu gering ist, kann das Werkzeug die Materialmenge nicht effizient abtragen, was den Bearbeitungsprozess verlangsamt.

• Qualität: Kleine Zustellungen können zu Vibrationen und Rattermarken führen, da das Werkzeug keine optimale Materialmenge abträgt. Das Ergebnis ist eine unregelmäßige Oberfläche, die Nacharbeit erfordert.
• Kosten: Da die Maschine mehr Zeit benötigt, um das Material in kleinen Schritten abzutragen, steigen die Produktionskosten. Zudem erfordert der Prozess zusätzliche Rüst- und Vorbereitungszeiten, was zu höheren Personal- und Maschinenkosten führt.
• Zeit: Geringe Zustellungen verlängern die Fertigungszeit erheblich. Ein Werkstück, das bei optimalen Parametern in 10 Minuten gefertigt werden könnte, benötigt mit geringen Zustellungen unter Umständen bis zu 15 Minuten – eine Verlängerung, die sich in Serienproduktionen summiert.

Beispiel: Beim Fräsen eines Stahlteils entscheidet sich der Bediener für eine Zustellung von nur 0,1 mm statt der möglichen 0,5 mm. Der gesamte Bearbeitungsprozess verlängert sich um 50 %, und die Maschine ist in dieser Zeit für andere Aufgaben blockiert.

1.4 Falsche Auswahl des Spanformers für die Bearbeitung

Die Wahl des Spanformers spielt eine entscheidende Rolle in der CNC-Bearbeitung, da er die Spankontrolle und -abfuhr maßgeblich beeinflusst. Der Spanformer ist ein spezielles Designelement am Werkzeug, das die Form des Spans kontrolliert und je nach Material sowie Bearbeitungsverfahren variiert.

Ein ungeeigneter Spanformer führt zu Problemen bei der Spanabfuhr, Überhitzung des Werkstücks und erhöhtem Werkzeugverschleiß.

• Qualität: Die falsche Spanformer-Wahl kann die Oberflächenqualität beeinträchtigen, da sich die Späne bei unzureichender Formung stauen und die Schnittzone blockieren. Dies führt zu unsauberen Schnitten und Beschädigungen an der Oberfläche.
• Kosten: Die Ineffizienz bei der Spanabfuhr belastet das Werkzeug und die Maschine, was wiederum zu erhöhtem Verschleiß führt. Ersatzteile und Wartungsarbeiten werden häufiger nötig, was die Betriebskosten steigen lässt.
• Zeit: Schlechte Spankontrolle verzögert den Bearbeitungsprozess erheblich, da durch den Spannungsstau oft Maschinenstopps oder Reinigungspausen nötig werden. Somit werden Produktionsabläufe verlängert.

Beispiel: Wird bei der Bearbeitung von Edelstahl ein Spanformer gewählt, der nur für leicht bearbeitbare Metalle geeignet ist, entsteht durch das hohe Spanvolumen ein Spanstau. Der Bediener muss die Maschine mehrmals anhalten, um die Späne zu entfernen und den Prozess fortzusetzen, was zu einem Zeitverlust von 30 % führt und den Produktionsdurchlauf verringert.

1.5 Übervorsichtigkeit aus Angst vor Werkzeugschäden

Übervorsichtigkeit ist oft das Resultat einer Furcht vor Werkzeugbrüchen und damit verbundenen Kosten. In der CNC-Bearbeitung äußert sich dies in konservativen Einstellungen, wie verringerten Vorschüben, Schnittgeschwindigkeiten oder Zustellungen.

Die vorsichtige Handhabung wirkt jedoch kontraproduktiv, da Werkzeuge und Maschinen speziell auf höhere Belastungen ausgelegt sind.

• Qualität: Durch das Arbeiten mit reduzierten Parametern wird der Werkstoff nicht optimal bearbeitet, was die Oberflächenqualität beeinträchtigen kann. Oft entstehen sogar Rattermarken und Unregelmäßigkeiten, die Nachbearbeitung erfordern.
• Kosten: Konservative Einstellungen führen zu einer unnötig langen Bearbeitungszeit und steigern so die Betriebskosten. Zusätzlich wird die Werkzeuglebensdauer nicht optimal genutzt, wodurch Ersatzkosten entstehen, ohne das Potenzial des Werkzeugs auszuschöpfen.
• Zeit: Angstgetriebene Einstellungen verzögern den Produktionsprozess erheblich, da die Maschine länger für die gleiche Arbeit benötigt. In einem Schichtbetrieb summieren sich solche Verzögerungen zu produktionsweiten Zeitverlusten.

Beispiel: Ein Fräser, der aus Angst vor Beschädigungen nur mit 70 % der empfohlenen Geschwindigkeit eingesetzt wird, benötigt pro Werkstück 25 % länger. Für eine Produktionslinie mit einem Output von 100 Teilen pro Tag bedeutet das eine Reduzierung der Produktionsmenge und einen Produktionsverlust.

1.6 Fehlende Anpassung an unterschiedliche Materialien

Ein verbreiteter Fehler in der CNC-Bearbeitung ist die fehlende Anpassung der Bearbeitungsparameter an verschiedene Materialien.

Verschiedene Werkstoffe wie Stahl, Grau- und Sphäroguss, Aluminium, Kunststoff oder Titan haben spezifische Anforderungen an Schnittgeschwindigkeit, Vorschub und Werkzeugauswahl. Wird dieser Unterschied ignoriert, wirkt sich dies stark negativ auf den Bearbeitungsprozess aus.

• Qualität: Ohne Anpassung an das Material kann die Bearbeitungsqualität stark leiden. Ein unpassender Vorschub oder falsche Schnittwerte führen zu ungenauen Oberflächen und Maßen. Bei harten Materialien kann unzureichende Anpassung sogar zu Bruch oder Beschädigung am Werkstück führen.
• Kosten: Durch die erhöhte Abnutzung von Werkzeugen und häufigeren Werkzeugwechsel steigen die Produktionskosten. Die Maschine wird ineffizient genutzt, und teurere Werkzeuge sind aufgrund der unpassenden Parameter schneller abgenutzt.
• Zeit: Ohne Materialanpassung können Probleme wie übermäßiger Verschleiß und Werkzeugbrüche die Bearbeitungszeit verlängern. Maschinenstopps und die Notwendigkeit von Nacharbeiten führen zu Verzögerungen.

Beispiel: Wird ein Werkzeug, das für Aluminium optimiert ist, fälschlicherweise für Titan eingesetzt, wird es sehr schnell verschleißen. Ein zu hoher Vorschub könnte zudem das Werkzeug brechen. Die Maschine muss angehalten werden, um das Werkzeug zu ersetzen, was die Bearbeitungszeit um bis zu 30 Minuten verlängert. Durch die falsche Materialanpassung entstehen daher erhebliche Zeit- und Materialkosten.

2. Qualität und Wartung der Werkzeugspanntechnik

Diese Gruppe legt den Fokus auf die Spanntechnik der Werkzeuge und deren Einfluss auf Präzision und Lebensdauer. Fehler in der Werkzeugspannung wirken sich unmittelbar auf die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität des Werkstücks aus. Vernachlässigen Bediener die Wartung der Werkzeugaufnahmen, riskieren sie zudem eine verkürzte Standzeit der Werkzeuge.

Beispielsweise kann ein schlecht gespannter Fräskopf Vibrationen verursachen, die die Maßhaltigkeit beeinträchtigen und zu unsauberen Schnittkanten führen. Ein optimal gespanntes Werkzeug hingegen sorgt für stabile Bearbeitungsprozesse und trägt zur Verlängerung der Werkzeuglebensdauer bei.

2.1 Vernachlässigung der Werkzeugspannung

Die Werkzeugspannung ist ein kritischer Faktor, um die Stabilität und Präzision während der Bearbeitung sicherzustellen. Wenn die Spannung vernachlässigt wird oder unzureichend ist, kann das Werkzeug verrutschen oder sich in seiner Position ändern, was den gesamten Bearbeitungsprozess beeinträchtigt.

• Qualität: Ein unzureichend gespanntes Werkzeug kann zu Vibrationen und Ungenauigkeiten führen, die die Oberflächenqualität und die Präzision der Maße mindern. Zudem entstehen Rattermarken, und das Werkstück kann beschädigt werden.
• Kosten: Wenn durch mangelhafte Spannung fehlerhafte Werkstücke entstehen, sind Nacharbeiten oder sogar Ausschuss die Folge, was zusätzliche Materialkosten verursacht. Werkzeuge und Maschinenverschleiß erhöhen sich ebenfalls, da sie aufgrund der Vibrationen zusätzlichen Belastungen ausgesetzt sind.
• Zeit: Ein schlecht gespanntes Werkzeug verursacht Bearbeitungsprobleme, die Maschinenstopps, Nachjustierungen oder sogar Reparaturen erfordern. Dadurch verlängert sich die Bearbeitungszeit erheblich.

Beispiel: Ein Fräser, der bei hohen Drehzahlen arbeitet, ist nicht korrekt gespannt und beginnt zu vibrieren. Die Vibrationen erzeugen Rattermarken auf dem Werkstück und verschlechtern die Oberflächenqualität. Der Bediener muss die Maschine stoppen und das Werkzeug erneut spannen, was eine Zeitverzögerung von 15 Minuten verursacht. Zudem wird das fehlerhafte Werkstück zur Nachbearbeitung gegeben, was die Kosten erhöht.

2.2 Verwendung minderwertiger Werkzeugaufnahmen

Werkzeugaufnahmen sind entscheidend, um das Werkzeug sicher und präzise in der Maschine zu fixieren.

Minderwertige oder fehlerhafte Aufnahmen führen zu einem instabilen Sitz des Werkzeugs, was die Genauigkeit und die Lebensdauer des Werkzeugs beeinflusst.

• Qualität: Geringwertige Werkzeugaufnahmen weisen oft eine schlechte Rundlaufgenauigkeit auf, was zu ungleichmäßigem Materialabtrag führt. Die Bearbeitungsqualität wird vermindert, und das Werkstück weist Maßabweichungen und eine schlechte Oberflächenqualität auf.
• Kosten: Durch den Einsatz minderwertiger Aufnahmen erhöht sich der Werkzeugverschleiß, da das Werkzeug aufgrund der Instabilität zusätzlichen Belastungen ausgesetzt ist. Dadurch entstehen zusätzliche Kosten für häufigere Werkzeugwechsel und potenziellen Ausschuss.
• Zeit: Minderwertige Werkzeugaufnahmen können zu Verzögerungen im Produktionsprozess führen, da durch die ungenügende Präzision Nacharbeiten nötig werden. Maschinenstopps sind ebenfalls wahrscheinlicher, was die Effizienz beeinträchtigt.

Beispiel: Wird bei der Fräsbearbeitung eine billige Werkzeugaufnahme verwendet, die Vibrationen nicht stabilisiert, entstehen ungenaue Werkstückmaße. Der Bediener muss das Werkstück nachbearbeiten, wodurch sich die Produktionszeit um ca. 10 Minuten verlängert. Diese zusätzliche Zeit und der höhere Werkzeugverschleiß erhöhen die Kosten und mindern die Produktionsqualität.

2.3 Missachtung des Rundlauffehlers

Der Rundlauffehler beschreibt die Ungenauigkeit, mit der sich ein Werkzeug oder Werkstück im Kreis dreht. Eine ungenaue Ausrichtung führt zu unregelmäßigen Materialabtrag und beeinträchtigt die Präzision der Bearbeitung.

Dieser Fehler tritt häufig auf, wenn die Spannmittel oder die Werkzeugaufnahmen nicht exakt ausgerichtet sind.

• Qualität: Ein Rundlauffehler führt zu ungleichmäßigem Materialabtrag und schlechter Oberflächenqualität. Die Fertigungstoleranzen können nicht eingehalten werden, und das Werkstück entspricht möglicherweise nicht den Vorgaben, was zu Ausschuss oder Nacharbeit führt.
• Kosten: Die Missachtung des Rundlauffehlers verursacht zusätzliche Kosten durch erhöhten Werkzeugverschleiß und erhöhten Bedarf an Nachbearbeitung oder Ausschuss. Zudem müssen Spannvorrichtungen möglicherweise häufiger ersetzt oder neu justiert werden.
• Zeit: Aufgrund des Rundlauffehlers verlängert sich die Produktionszeit, da Nachjustierungen und Nachbearbeitungen nötig werden. Maschinen müssen oft gestoppt und neu eingerichtet werden, was die Produktionskapazität verringert.

Beispiel: Wenn ein Werkzeug einen Rundlauffehler von nur 0,1 mm aufweist, entstehen beim Fräsen eines Werkstücks Abweichungen von den Toleranzen. Der Bediener bemerkt dies und hält die Maschine an, um den Rundlauf zu justieren. Die Anpassung dauert etwa 20 Minuten und verschiebt den Produktionsplan, was zu Verzögerungen und erhöhten Kosten führt.

2.4 Mangelnde Kontrolle des Rundlaufs bei Schlichtwerkzeugen

Eine regelmäßige Kontrolle des Rundlaufs bei Schlichtwerkzeugen ist notwendig, um präzise Ergebnisse zu erzielen. Schlichtwerkzeuge erfordern eine hohe Rundlaufgenauigkeit, um die gewünschte Oberflächenqualität zu gewährleisten.

Wenn diese Kontrolle vernachlässigt wird, kann der Rundlauffehler dazu führen, dass das Werkzeug nicht exakt rotiert und ungleichmäßigen Materialabtrag verursacht.

• Qualität: Ein schlechter Rundlauf beeinflusst die Maßhaltigkeit und Oberflächengüte negativ. Schlichtbearbeitungen sollten extrem genau sein, um die bestmögliche Oberflächenqualität zu erreichen, weshalb ein Rundlauffehler gravierende Auswirkungen haben kann.
• Kosten: Ohne regelmäßige Kontrolle kann es zu erhöhtem Werkzeugverschleiß kommen. Ein mangelhaft arbeitendes Schlichtwerkzeug erzeugt Ausschuss und Nacharbeiten, was zusätzliche Kosten verursacht.
• Zeit: Bei unzureichender Rundlaufkontrolle entstehen oft Produktionsstopps zur Fehlerbehebung und Nachbearbeitung. Das kostet Zeit, da die Maschine angehalten werden muss, um den Rundlauf neu einzurichten oder das Werkzeug zu ersetzen.

Beispiel: Ein Schlichtwerkzeug, dessen Rundlauf nicht regelmäßig kontrolliert wurde, erzeugt bei einer Feinbearbeitung Riefen auf der Oberfläche des Werkstücks. Dies macht Nachbearbeitung notwendig, wodurch die Produktion um 15 Minuten verzögert wird. Durch die regelmäßige Überprüfung des Rundlaufs hätte die Nachbearbeitung vermieden werden können.

2.5 Weiterverwendung alter Aufnahmen in neuen Maschinen

Wenn alte Werkzeugaufnahmen in neuen CNC-Maschinen weiterverwendet werden, kann dies zu erheblichen Problemen führen. Neue Maschinen arbeiten oft mit höheren Drehzahlen und bieten höhere Präzision, weshalb alte Aufnahmen oft den heutigen Ansprüchen nicht mehr gerecht werden.

Während es wirtschaftlich verlockend erscheinen mag, die alten Komponenten weiterzuverwenden, kann sich dies langfristig negativ auswirken.

• Qualität: Alte Werkzeugaufnahmen, die nicht für moderne Maschinen ausgelegt sind, können Vibrationen verursachen und die Genauigkeit beeinträchtigen. Dadurch leidet die Präzision des Bearbeitungsprozesses, und es entstehen möglicherweise Maßabweichungen und Oberflächenfehler.
• Kosten: Die Nutzung veralteter Aufnahmen kann die Werkzeugstandzeiten verringern, da diese Aufnahmen unter höheren Drehzahlen oder Belastungen schneller verschleißen. Auch Nacharbeiten und eine höhere Ausschussrate treiben die Kosten in die Höhe.
• Zeit: Bei der Verwendung alter Aufnahmen ist die Wahrscheinlichkeit höher, dass die Maschine neu justiert werden muss. Häufige Maschinenstopps für Nachjustierungen oder Werkzeugwechsel beeinträchtigen die Effizienz und verlängern die Produktionszeit.

Beispiel: Wird in einer neuen Hochgeschwindigkeits-Fräsmaschine eine alte Aufnahme genutzt, die für niedrigere Drehzahlen ausgelegt ist, entstehen Vibrationen, die die Oberflächenqualität verschlechtern. Der Bediener muss die Maschine anhalten, um die Aufnahme auszutauschen, was 20 Minuten Zeitverlust und zusätzliche Kosten verursacht. Eine neue, auf die Maschine abgestimmte Aufnahme hätte solche Verzögerungen vermieden.

3. Maschinen- und Prozesswartung

Hier konzentrieren sich die Maßnahmen auf die regelmäßige Wartung der Maschinenkomponenten und Hilfssysteme. Die kontinuierliche Pflege dieser Bereiche sichert die Betriebssicherheit und erhöht die Lebensdauer der CNC-Maschinen sowie ihrer Zubehörteile.

Wenn Bediener Wartungsarbeiten wie das Reinigen des Spänefördersystems oder den rechtzeitigen Austausch von Verschleißteilen vernachlässigen, riskieren sie teure Maschinenausfälle und lange Stillstandzeiten. Solche Unterbrechungen führen schnell zu hohen Reparaturkosten und beeinträchtigen die Produktivität.

Durch eine sorgfältige und regelmäßige Wartung bleiben die Maschinen zuverlässig und die Prozesse effizient.

3.1 Unzureichende Wartung von Spänefördersystemen

Das Spänefördersystem in einer CNC-Maschine spielt eine entscheidende Rolle, um den Bearbeitungsprozess reibungslos und effizient zu halten. Späne, die nicht effizient abgeführt werden, können den Bearbeitungsprozess stören und sogar zu Maschinenschäden führen. Eine unzureichende Wartung des Fördersystems führt dazu, dass Späne im Arbeitsraum zurückbleiben und das System überlasten.

• Qualität: Ohne regelmäßige Wartung des Fördersystems können sich Späne ansammeln und in den Bearbeitungsbereich zurückfallen, was die Oberflächenqualität beeinträchtigt und zu Kratzern oder Abdrücken auf dem Werkstück führen kann. Auch kann es zu einem Hitzestau kommen, der das Material und Werkzeug negativ beeinflusst.
• Kosten: Eine ineffiziente Späneabfuhr belastet das Werkzeug zusätzlich und erhöht den Verschleiß. Außerdem können Maschinenteile durch Spanreste blockiert oder beschädigt werden, was kostenintensive Reparaturen und Maschinenausfälle zur Folge hat.
• Zeit: Wird das Spänefördersystem nicht regelmäßig gewartet, können sich die Späne an den Werkzeugen festsetzen und Maschinenstopps erforderlich machen. So führt ein ineffizienter Späneabtransport zu einer Verzögerung im Produktionsablauf.

Beispiel: Ein unregelmäßig gewartetes Spänefördersystem kann Späne nicht effizient abführen, was dazu führt, dass Späne auf die Werkstücke zurückfallen und die Oberfläche beschädigen. Dies zwingt den Bediener, die Maschine anzuhalten, um die Späne zu entfernen und die Produktion fortzusetzen. Ein solcher Stopp und die nötige Nachbearbeitung könnten pro Stunde bis zu 15 Minuten Produktionszeit kosten.

3.2 Ungenügende Beachtung der Spindelqualität

Die Spindel einer CNC-Maschine ist das Herzstück des Bearbeitungsprozesses. Sie hält und dreht das Werkzeug, wodurch Material abgetragen wird.

Eine qualitativ minderwertige oder schlecht gewartete Spindel beeinträchtigt die Präzision und Stabilität des gesamten Bearbeitungsprozesses erheblich.

Spindelqualität bedeutet nicht nur hohe Präzision, sondern auch Langlebigkeit und geringe Vibrationen.

• Qualität: Eine ungenügende Spindelqualität führt zu Vibrationen, die die Oberflächenqualität beeinträchtigen und zu Maßabweichungen führen. Durch diese Ungenauigkeiten kann es erforderlich sein, Werkstücke nachzuarbeiten oder sogar auszumustern.
• Kosten: Eine unzureichend gewartete oder qualitativ minderwertige Spindel erhöht die Kosten, da durch Ungenauigkeiten die Werkzeugstandzeiten sinken und die Nacharbeitskosten steigen. Außerdem können teure Ersatzteile für die Spindel selbst benötigt werden.
• Zeit: Wenn die Spindel nicht korrekt arbeitet, verlängern sich die Bearbeitungszeiten durch Nacharbeiten und häufige Werkzeugwechsel. Maschinenstillstände aufgrund von Spindelproblemen sind zeitaufwändig und reduzieren die Produktionskapazität.

Beispiel: Eine Spindel mit geringer Qualität oder unzureichender Wartung erzeugt bei hohen Drehzahlen Vibrationen. Diese Vibrationen führen zu Rattermarken und Maßabweichungen am Werkstück, wodurch Nacharbeiten nötig werden. Der Bediener muss die Maschine für eine erneute Kalibrierung stoppen, was insgesamt 30 Minuten kostet. Durch regelmäßige Wartung und den Einsatz hochwertiger Spindeln hätte dieser Zeitverlust vermieden werden können.

3.3 Vernachlässigung der Werkstückspannung

Die richtige Spannung des Werkstücks ist entscheidend, um präzise und fehlerfreie Bearbeitungsergebnisse zu erzielen.

Eine unzureichende Werkstückspannung kann dazu führen, dass das Werkstück während der Bearbeitung verrutscht oder vibriert, was die Präzision und Oberflächenqualität negativ beeinflusst.

• Qualität: Ein schlecht gespanntes Werkstück kann während der Bearbeitung verrutschen, was zu Maßabweichungen und Oberflächenfehlern führt. Die Bearbeitung ist ungenau, und das Werkstück wird womöglich unbrauchbar.
• Kosten: Fehlspannungen führen zu Ausschuss oder Nachbearbeitung, wodurch sich die Produktionskosten erhöhen. Zudem muss häufig neues Material bereitgestellt werden, da ungenaue Werkstücke nicht den Qualitätsstandards entsprechen.
• Zeit: Die Anpassung oder Nachbearbeitung ungenauer Werkstücke verlängert die Durchlaufzeit und mindert die Effizienz des Produktionsprozesses. Zeit für Rüstungen und Justierungen wird verschwendet, wenn das Werkstück nicht sicher und korrekt eingespannt ist.

Beispiel: Ein Werkstück, das für eine Drehbearbeitung nicht ausreichend gespannt ist, vibriert und verschiebt sich während des Bearbeitungsvorgangs. Der Bediener muss die Maschine anhalten und das Werkstück neu spannen, was eine Verzögerung von 10 Minuten und eine schlechtere Oberflächenqualität zur Folge hat. Die gesamte Produktion wird dadurch verlangsamt.

3.4 Mangelnde Pflege von Kleinteilen

In CNC-Maschinen sind Kleinteile wie Spannschrauben, Muttern und kleine Federn entscheidend für den ordnungsgemäßen Betrieb.

Oft werden diese Teile vernachlässigt, obwohl sie zur Stabilität und Zuverlässigkeit der Maschine beitragen. Regelmäßige Reinigung und Wartung dieser Kleinteile sind notwendig, um eine reibungslose Maschinenfunktion zu gewährleisten.

• Qualität: Wenn Kleinteile vernachlässigt werden, beeinträchtigt das die Gesamtkonstruktion der Maschine und erhöht die Wahrscheinlichkeit für Fehler während der Bearbeitung. Wackelnde oder lose Bauteile führen zu Ungenauigkeiten, die die Maßhaltigkeit des Endprodukts beeinträchtigen.
• Kosten: Der Verschleiß an kleinen Komponenten verursacht höhere Wartungskosten. Werden Kleinteile zu spät ausgetauscht, kann das erhebliche Schäden an anderen Maschinenbauteilen verursachen, was die Reparaturkosten steigert.
• Zeit: Defekte Kleinteile führen zu Maschinenstillstand und notwendigen Nachjustierungen. Durch regelmäßige Wartung kann viel Zeit eingespart werden, die andernfalls durch Fehlerbehebungen verloren ginge.

Beispiel: In einer CNC-Drehmaschine wird eine kleine Spannschraube vernachlässigt, die durch ihre lockere Halterung eine Vibration erzeugt. Der Bediener muss die Maschine anhalten und die Schraube austauschen, was 15 Minuten Verzögerung verursacht. Durch eine regelmäßige Wartung der Kleinteile wäre diese Verzögerung vermeidbar gewesen.

3.5 Probleme bei Trockenbearbeitung und festsitzenden Teilen

In der Trockenbearbeitung, bei der auf Schmier- und Kühlmittel verzichtet wird, besteht eine erhöhte Gefahr von Reibung und Hitzeentwicklung.

Diese Bedingungen erhöhen das Risiko, dass sich Werkzeuge und Werkstücke festsetzen, was den Produktionsprozess erschwert und zu Schäden an den Bauteilen führen kann.

• Qualität: Die Trockenbearbeitung erfordert eine präzise Abstimmung, da die Oberflächenqualität ohne Kühlmittel leidet. Auch steigt das Risiko von Wärmeschäden, die das Werkstück verziehen und seine Maßhaltigkeit beeinträchtigen können.
• Kosten: Festgesetzte Teile und Werkzeuge müssen oft ersetzt werden, was Materialkosten erhöht. Ein festgesetztes Werkzeug kann zudem die Spindel beschädigen, was teure Reparaturen nach sich zieht.
• Zeit: Wenn sich Teile festsetzen, muss die Maschine angehalten werden, um das Problem zu beheben. Die entstehenden Verzögerungen verlangsamen den gesamten Produktionsprozess.

Beispiel: Während der Trockenbearbeitung eines gehärteten Werkstücks setzt sich das Werkzeug durch die Hitzeentwicklung fest. Der Bediener muss die Maschine stoppen, um das Werkzeug zu wechseln, was 15 Minuten Produktionszeit kostet. Eine Umstellung auf Schmiermittel hätte das Festsetzen verhindert.

4. Qualitätskontrolle und Verschleißanalyse

Qualitätskontrolle und gezieltes Monitoring von Werkzeug- und Maschinenverschleiß sichern die langfristige Nutzung von Maschinen und Werkzeugen. Indem Bediener den Zustand von Verschleißteilen regelmäßig prüfen und Hilfsmittel wie Drehmomentschlüssel oder Schmierpasten konsequent einsetzen, halten sie die Standzeiten der Werkzeuge konstant und gewährleisten eine gleichbleibend hohe Bearbeitungsqualität.

Vernachlässigen sie diese Maßnahmen, kann der Verschleiß unbemerkt ansteigen und zu Einbußen in der Präzision führen. Die sorgfältige Überwachung und Pflege aller Komponenten sorgt hingegen für stabile Prozesse und verlängert die Lebensdauer der Maschinen und Werkzeuge.

4.1 Unzureichende Analyse von Werkzeugverschleiß

Werkzeugverschleiß ist ein unvermeidliches Phänomen in der CNC-Bearbeitung. Ein häufiges Problem ist die unzureichende Analyse und Bewertung des Verschleißes, wodurch Werkzeuge entweder zu früh oder zu spät gewechselt werden.

Beides hat erhebliche Auswirkungen auf die Produktionseffizienz und -qualität.

• Qualität: Werkzeuge, die zu lange eingesetzt werden, können an Schärfe verlieren und dadurch eine mangelhafte Oberflächenqualität hinterlassen. Dies kann auch zu ungenauen Maßen führen und erfordert Nacharbeit.
• Kosten: Der Werkzeugwechsel zum falschen Zeitpunkt führt entweder zu erhöhten Werkzeugkosten durch frühzeitigen Austausch oder zu Produktionsverlusten durch Nachbearbeitung. Ein optimaler Wechselzeitpunkt spart Kosten und gewährleistet einen effizienten Einsatz des Werkzeugs.
• Zeit: Durch unzureichende Verschleißüberwachung und verspätete Wechsel entstehen oft Verzögerungen, da die Nachbearbeitung von fehlerhaften Werkstücken zusätzliche Zeit erfordert.

Beispiel: Bei einem Fräswerkzeug, das ohne Verschleißanalyse genutzt wird, kommt es nach einer Überschreitung der empfohlenen Einsatzdauer zu Maßabweichungen an den Werkstücken. Dies führt zu einer Korrekturphase von ca. 10 Minuten pro Teil. Hätte das Werkzeug rechtzeitig gewechselt werden können, wäre die Produktionszeit stabil und planbar geblieben.

4.2 Nichtverwendung von Drehmomentschlüsseln für Wendeplattenschrauben

Das Anziehen von Wendeplattenschrauben ohne Drehmomentschlüssel kann dazu führen, dass die Schrauben entweder zu fest oder zu locker sitzen.

Wendeplatten in Schneidwerkzeugen benötigen eine genaue Spannung, um zuverlässig und präzise arbeiten zu können. Wird der Drehmomentwert nicht eingehalten, können negative Effekte auf die Bearbeitungsqualität und Werkzeugstandzeit entstehen.

• Qualität: Ein ungenauer Drehmomentwert führt zu Instabilität der Wendeplatten, was Vibrationen und Maßabweichungen verursachen kann. Zu fest angezogene Schrauben neigen zu Bruch, während zu lockere Schrauben die Platte in ihrer Position wackeln lassen und die Präzision verringern.
• Kosten: Häufige Brüche an Wendeplatten und Schrauben erhöhen die Materialkosten, da diese regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Auch der Werkzeugverschleiß nimmt zu, wenn die Wendeplatte nicht stabil positioniert ist, was höhere Ersatzkosten verursacht.
• Zeit: Eine fehlerhafte Schraubenspannung kann zu Maschinenausfällen und Nachbearbeitung führen. Außerdem sind häufigere Werkzeugwechsel nötig, was zu zusätzlichen Stillstandzeiten führt.

Beispiel: Ein Bediener zieht die Wendeplattenschraube per Hand ohne Drehmomentschlüssel an, wodurch sie zu fest sitzt und beim Fräsen bricht. Dies stoppt die Maschine, um die Schraube und Wendeplatte zu ersetzen, was 10 Minuten zusätzliche Produktionszeit kostet. Ein Drehmomentschlüssel hätte das Risiko minimiert und den Ablauf beschleunigt.

4.3 Nichtverwendung von Kupferpaste bei Schrauben

Kupferpaste wird verwendet, um das Festfressen von Schrauben zu verhindern, was besonders in Hochtemperaturprozessen und bei Schraubverbindungen, die regelmäßig gelöst und festgezogen werden, wichtig ist.

Ohne Kupferpaste erhöht sich das Risiko, dass Schrauben sich festsetzen, was deren Handhabung erschwert und die Betriebseffizienz verringert.

• Qualität: Ohne Kupferpaste besteht die Gefahr, dass sich Schrauben durch Festfressen verformen und ihre Spannkraft verlieren. Dies beeinträchtigt die Stabilität der Verbindung und kann sich negativ auf die Genauigkeit und Sicherheit des gesamten Bearbeitungsprozesses auswirken.
• Kosten: Das Entfernen und Ersetzen festsitzender Schrauben ist kostenintensiv, da neue Schrauben sowie spezielle Werkzeuge oder Arbeitskraft für die Entfernung nötig sind. Schrauben ohne Kupferpaste haben eine geringere Lebensdauer, was zusätzliche Ersatzteilkosten verursacht.
• Zeit: Die Entfernung von festsitzenden Schrauben kostet Zeit, besonders wenn sie durchbohrt oder ausgewechselt werden müssen. Dies verlängert den Produktionsprozess erheblich und führt zu Maschinenstillstand.

Beispiel: Eine Schraube, die regelmäßig gewechselt wird, wurde ohne Kupferpaste installiert und sitzt nun fest. Der Bediener muss spezielle Werkzeuge verwenden, um sie zu lösen, was eine Verzögerung von 20 Minuten verursacht. Hätte er Kupferpaste verwendet, wäre die Schraube problemlos lösbar gewesen.

5. Kostenbewusstsein und Prozessoptimierung

Diese Gruppe richtet den Blick auf die wirtschaftliche und strategische Optimierung des gesamten Fertigungsprozesses. Ein umfassendes Verständnis der Prozesskette und eine präzise Kalkulation der Kosten helfen dabei, die langfristigen Betriebskosten spürbar zu senken.

Darüber hinaus spielen eine offene Fehlerkultur und ein klares Kostenbewusstsein eine zentrale Rolle für den Erfolg und die Effizienz in der CNC-Fertigung. Indem alle Beteiligten diese Faktoren im Blick behalten, können sie nicht nur Ressourcen sparen, sondern auch die Produktivität steigern und die Qualität der Bearbeitung sichern.

5.1 Unzureichende Beachtung der Gesamtkosten (Werkzeuge, Aufnahmen, etc.)

Bei der CNC-Bearbeitung sind die Gesamtkosten für Werkzeuge, Aufnahmen und Zubehör von zentraler Bedeutung. Eine unzureichende Kostenanalyse kann zur Auswahl günstigerer, aber ineffizienter Werkzeuge führen, was sich langfristig negativ auf die Wirtschaftlichkeit auswirkt.

• Qualität: Billige Werkzeuge oder Aufnahmen bieten oft nicht die gleiche Präzision wie hochwertige Alternativen, was die Bearbeitungsqualität beeinträchtigt und zu Nachbearbeitungen führt.
• Kosten: Billigere Werkzeuge verschleißen schneller und müssen häufiger ersetzt werden. Langfristig führen höhere Ersatz- und Reparaturkosten zu einem negativen wirtschaftlichen Effekt.
• Zeit: Häufige Werkzeugwechsel und Maschinenausfälle durch minderwertige Komponenten erhöhen die Produktionszeit und vermindern die Effizienz.

Beispiel: Ein Unternehmen entscheidet sich aus Kostengründen für eine günstigere Werkzeugaufnahme, die sich jedoch bei hohen Drehzahlen als instabil erweist. Dies führt zu Qualitätsmängeln und häufigen Nachbearbeitungen, wodurch die Produktionszeit um 20 % steigt. Eine sorgfältigere Auswahl hätte diese Kosten und Verzögerungen vermeiden können.

5.2 Mangelnde Berücksichtigung der Gesamtprozesskette

Bei der CNC-Bearbeitung ist es wichtig, die gesamte Prozesskette zu berücksichtigen – von der Vorbereitung und dem Werkzeugwechsel bis hin zur Nachbearbeitung und Reinigung.

Wenn dieser ganzheitliche Blick auf die Prozesskette fehlt, kann dies zu Fehlern und Ineffizienzen führen. Beispielsweise wird die Bearbeitung des Werkstücks oft nur als isolierter Schritt betrachtet, ohne die nachgelagerten Schritte oder den Gesamtprozess zu berücksichtigen.

• Qualität: Ein einseitiger Fokus auf einzelne Schritte kann die Qualität der Endprodukte beeinträchtigen. Die Übergänge zwischen den Prozessschritten sind oft entscheidend, und fehlende Abstimmungen führen zu Inkompatibilitäten, die die Maßhaltigkeit und Oberflächenqualität beeinträchtigen können.
• Kosten: Ein unkoordiniertes Vorgehen erhöht die Wahrscheinlichkeit für Nacharbeiten und Maschinenstillstand, was die Produktionskosten in die Höhe treibt. Außerdem können zusätzliche Betriebsmittel nötig werden, um Komplikationen auszugleichen.
• Zeit: Eine ineffiziente Gesamtprozesskette verlängert die Durchlaufzeiten, da durch Abstimmungsprobleme oft Anpassungen und Korrekturen erforderlich werden.

Beispiel: Wenn bei der Bearbeitung eines Werkstücks die nachfolgenden Reinigungsschritte nicht eingeplant werden, könnten Öl- oder Späne-Rückstände verbleiben, die in der Endmontage Probleme verursachen. Werden dann während der Produktion noch Anpassungen erforderlich, so führt dies zu einer Verzögerung des gesamten Prozesses und erhöht die Bearbeitungszeit um bis zu 20 %.

5.3 Mangelnde Fehlerkultur und Risikobereitschaft

Eine fehlende Fehlerkultur und mangelnde Risikobereitschaft führen dazu, dass Bediener weniger experimentieren und aus Fehlern wenig lernen.

Dieser konservative Ansatz kann die Innovationsfähigkeit und Effizienz der Produktion stark einschränken. In CNC-Betrieben, in denen Fehler als wertvolle Lernchance betrachtet werden, erreichen Teams oft bessere Prozessoptimierungen und kostengünstigere Lösungen.

• Qualität: Eine Fehlerkultur ermöglicht es, Schwachstellen zu identifizieren und proaktiv zu beheben, was langfristig die Bearbeitungsqualität steigert. Ohne Fehleranalyse bleiben Verbesserungspotenziale ungenutzt und die Produktionsqualität stagniert.
• Kosten: Mangelnde Risikobereitschaft führt dazu, dass neue, möglicherweise kostenoptimierte Methoden nicht angewandt werden. Damit entstehen Kosten durch ineffiziente Verfahren und Ressourcenverschwendung.
• Zeit: Fehlende Fehleranalyse und Risikobereitschaft kosten Zeit, da Optimierungsmöglichkeiten übersehen und ineffiziente Methoden weitergeführt werden.

Beispiel: In einem Betrieb, in dem keine Fehlerkultur herrscht, vermeiden Bediener es, höhere Schnittwerte zu testen. Dadurch wird ein Potenzial für 20 % schnellere Bearbeitungszeiten nicht genutzt, und die Firma zahlt weiterhin unnötig hohe Betriebskosten.

5.4 Mangelndes Bewusstsein für die Bedeutung scheinbar kleiner Details

Im CNC-Bereich sind auch kleinste Details von Bedeutung, wie z.B. die Wahl des passenden Werkzeugs, eine präzise Spannung oder die Verwendung korrekter Schmiermittel.

Wenn scheinbar kleine Details ignoriert werden, können sie zu großen Problemen im Produktionsprozess führen.

• Qualität: Kleine Fehler oder ungenaue Einstellungen führen zu Maßabweichungen, Vibrationen und schlechter Oberflächenqualität, was das Endprodukt beeinträchtigt.
• Kosten: Unachtsamkeiten bei kleinen Details erhöhen die Wahrscheinlichkeit von Nachbearbeitungen und Ausschuss, was die Kosten für Material und Arbeitszeit steigen lässt.
• Zeit: Wenn kleine Details nicht beachtet werden, kommt es oft zu unerwarteten Fehlern, die die Produktion verzögern und zusätzliche Bearbeitungszeit in Anspruch nehmen.

Beispiel: Ein Bediener verzichtet auf das Spannen eines Werkstücks in der korrekten Position und denkt, dass es für den kurzen Bearbeitungsprozess ausreicht. Das Werkstück verrutscht jedoch leicht und verursacht Maßfehler. Die Nachbearbeitung dauert 15 Minuten, die durch eine sorgfältige Einspannung hätten vermieden werden können.

6. Wie kann man Fehler an einer CNC-Maschine vermeiden

6.1 Sorgfältige Vorbereitung und Programmierung

Eine gründliche Vorbereitung ist der erste Schritt zu einem fehlerfreien CNC-Bearbeitungsprozess. Bereits die CAD-Dateien müssen auf alle Details hin überprüft werden, um sicherzustellen, dass keine Unklarheiten oder fehlerhaften Maße in die Programmierung übertragen werden. So lassen sich schon im Vorfeld Fehler erkennen, die bei der Bearbeitung Zeit und Material sparen. Ein weiterer Schritt ist die G-Code-Programmierung, bei der es nicht nur darum geht, die Bewegungen der Maschine zu definieren, sondern auch die Werkzeugwechsel möglichst effizient einzuplanen. Ein Beispiel: Wenn ein Werkzeugwechsel in einem Prozessschritt an einer ungünstigen Position erfolgt, kann dies unnötige Bewegungen verursachen und die Bearbeitungszeit verlängern.

Daher ist es ratsam, den gesamten Ablauf vorab mit einer Simulationssoftware zu testen, da so potenzielle Fehler oder Zusammenstöße erkannt werden. Eine Simulation kann zeigen, ob alle Bearbeitungsschritte korrekt aufeinander abgestimmt sind und die CNC-Maschine ohne Unterbrechungen arbeiten kann.

6.2 Optimale Werkzeugauswahl und -einstellung

Die richtige Auswahl und Einstellung der Werkzeuge ist für die Bearbeitungsqualität entscheidend. Jedes Material hat unterschiedliche Anforderungen an die Werkzeuge: So erfordert Aluminium eine andere Schnittgeschwindigkeit und Vorschubrate als etwa Titan. Um Materialverschleiß zu minimieren und die Standzeiten der Werkzeuge zu maximieren, ist es wichtig, diese Parameter sorgfältig anzupassen. Beispielsweise könnte bei einer zu geringen Drehzahl in hartem Material das Werkzeug schneller stumpf werden, was die Qualität des Werkstücks beeinträchtigt und zu höheren Kosten für Ersatzwerkzeuge führt.

Regelmäßige Kontrolle und Wartung der Werkzeuge ist ebenfalls notwendig. In einem Produktionsbetrieb zeigt sich oft, dass ein abgenutztes Werkzeug die Oberflächenqualität mindert, was Nachbearbeitungen erfordert. Der Austausch von verschlissenen Werkzeugen im richtigen Moment sorgt dafür, dass die Bearbeitung präzise bleibt und keine unnötigen Stillstände auftreten.

6.3 Präzise Einrichtung und Wartung

Die richtige Einspannung und Ausrichtung des Werkstücks sind für die Genauigkeit und die Sicherheit der Bearbeitung unverzichtbar. Wenn ein Werkstück nicht exakt eingespannt ist, kann es bei der Bearbeitung verrutschen, was Maßfehler und Beschädigungen zur Folge hat. Die CNC-Maschine sollte regelmäßig gewartet und kalibriert werden, damit sie langfristig genaue Ergebnisse liefert. Selbst kleine Vibrationen oder Ungenauigkeiten können das Endergebnis stark beeinträchtigen. Ein Beispiel aus der Praxis: Wird ein Werkstück nicht korrekt eingespannt und verrutscht während der Bearbeitung, muss die Maschine gestoppt und das Werkstück neu positioniert werden. Dieser Vorgang unterbricht die Produktion und erhöht die Gesamtbearbeitungszeit.

Regelmäßige Wartungen, wie das Nachziehen von Schrauben und das Überprüfen der Spindeln auf Rundlauf, tragen erheblich zur Verlängerung der Lebensdauer der Maschine und zur Reduktion von Ausschuss bei.

6.4 Schulung und Qualifikation

Die qualifizierte Bedienung der CNC-Maschine ist von großer Bedeutung. Eine umfassende Schulung der Mitarbeitenden in CNC-Programmierung, Maschinenbedienung und Wartung ist eine wichtige Grundlage, um Fehler und unsachgemäße Nutzung zu vermeiden. Auch der Umgang mit Fehlern und die Bereitschaft zur kontinuierlichen Verbesserung sind entscheidend. Eine Fehlerkultur zu etablieren, bei der Rückmeldungen zur Prozessverbesserung genutzt werden, trägt zur langfristigen Optimierung bei.

Ein Beispiel: Wenn ein Bediener gut geschult ist, erkennt er bereits in der Programmierung potenzielle Fehlerquellen und passt den Prozess entsprechend an. Ungeübte Bediener hingegen übersehen häufig kritische Details und verursachen so vermeidbare Fehler, die nicht nur Material und Zeit kosten, sondern auch die Qualität beeinträchtigen können.

6.5 Prozessoptimierung

Effizienz ist ein wesentlicher Faktor im CNC-Bereich, und Lean-Manufacturing-Prinzipien helfen dabei, den Ablauf kontinuierlich zu verbessern. So lässt sich durch die Optimierung der Materialzuführung und der Werkzeugwechsel der Produktionsprozess vereinfachen und beschleunigen. Hierzu ist es notwendig, den gesamten Ablauf zu überwachen und datenbasierte Anpassungen vorzunehmen, die Verbesserungspotenziale sichtbar machen.

Nehmen wir das Beispiel eines Unternehmens, das durch Prozessoptimierung seine Zykluszeit reduzieren konnte: Nachdem sie den gesamten Ablauf analysierten, stellten sie fest, dass das Material oft ungünstig gelagert war, was die Rüstzeit verlängerte. Durch eine Umstellung der Materialposition und eine klare Zuordnung der Werkzeuge direkt an der Maschine konnten unnötige Wege eingespart und die Produktionszeit verkürzt werden. Eine umfassende Prozessbetrachtung hilft, Effizienz zu steigern und die Fertigungskosten zu senken, was sowohl die Rentabilität als auch die Wettbewerbsfähigkeit erhöht.