Welche Maßtoleranzen werden beim CNC-Schleifen erreicht?

CNC-Schleifen ist eine der präzisesten Zerspanungsmethoden, die in der modernen Industrie eingesetzt werden. Es ermöglicht das Erreichen von Maßtoleranzen im Bereich weniger Mikrometer, was es überall dort unverzichtbar macht, wo Präzision entscheidend ist. Von Zahnrädern bis hin zu Komponenten für Hydraulikpumpen erfordert jedes Detail eine strenge Kontrolle der Maßabweichungen und der Oberflächenqualität.

Die Präzision, die beim CNC-Schleifen erreicht wird, resultiert aus der Kombination fortschrittlicher Steuerungsalgorithmen, steifer Maschinenkonstruktionen und entsprechend ausgewählter Schleifscheiben. Numerische Steuerungssysteme ermöglichen das Erreichen von Toleranzen unter 0,02 mm selbst in der Serienfertigung, wobei eine vollständige Wiederholgenauigkeit gewahrt bleibt. Genau diese Eigenschaft macht das CNC-Schleifen zu einem besonderen Verfahren unter den Methoden der Oberflächenbearbeitung.

Die Anforderungen an die Maßgenauigkeit steigen stetig mit der Entwicklung der Automobil-, Luftfahrt- und Werkzeugindustrie. Teile müssen strenge geometrische Normen und Rauheitsvorgaben erfüllen, um eine korrekte Passung und eine lange Lebensdauer zu gewährleisten. Daher ist die Kenntnis der tatsächlichen Möglichkeiten des Präzisionsschleifens bei der Gestaltung technologischer Prozesse von entscheidender Bedeutung.

Welche Maßtoleranzen sind beim CNC-Schleifen erreichbar?

Das CNC-Schleifen gehört zu den Bearbeitungsprozessen mit der höchsten Maßgenauigkeit. Die ISO-Norm klassifiziert Toleranzfelder in Klassen von IT01 bis IT18, wobei eine niedrigere Zahl eine höhere Präzision bedeutet. Das Präzisionsschleifen liegt im Bereich der Klassen IT4 bis IT6, was Abweichungen von 2 bis 16 Mikrometern entspricht, abhängig vom Nenndurchmesser und der Art des Prozesses.

Toleranzbereiche IT5 und IT6 beim Präzisionsschleifen

Die Toleranzklassen IT5 und IT6 sind der grundlegende Bereich, der beim Fertig- und Präzisionsschleifen erreicht wird. Für ein Nennmaß von 18 bis 30 mm beträgt die Klasse IT5 9 µm und die Klasse IT6 13 µm. Bei größeren Abmessungen, im Bereich von 50 bis 80 mm, entspricht IT5 13 µm und IT6 bereits 19 µm.

Maßtoleranzen in der Klasse IT4 sind beim Superfinish-Schleifen und beim Einstechschleifen mit feinkörnigen Schleifscheiben erreichbar. Sie entsprechen Abweichungen in der Größenordnung von 4 bis 8 µm für Maße bis 50 mm. Solche Ergebnisse sind auf modernen CNC-Schleifmaschinen mit aktiven Schwingungskompensationssystemen realistisch verfügbar.

Nachfolgend finden Sie eine Zusammenstellung der Toleranzwerte für ausgewählte Klassen und Maßbereiche:

Bereits die Klasse IT6 ermöglicht die Erzielung von Übergangs- und Presspassungen, die bei Wellen, Lagern und Führungselementen verwendet werden. Die Klasse IT5 ist der Standard für Werkzeugmaschinenspindeln und Präzisionszapfen. Die Klasse IT4 ist der Bereich des Superfinish-Schleifens, das bei Elementen von Messgeräten eingesetzt wird.

Form- und Lagetoleranzen nach dem Flach- und Rundschleifen

Neben den Maßtoleranzen sind auch Form- und Lagetoleranzen, also geometrische Fehler des Werkstücks, ebenso wichtig. Beim Schleifen von zylindrischen Wellen liegt die erreichte Rundheit im Bereich von 0,001 bis 0,003 mm. Die Ebenheit der Oberfläche nach dem Flachschleifen beträgt hingegen 0,003 bis 0,01 mm auf 100 mm Länge.

Das spitzenlose Schleifen, das für Präzisionswellen und Kolbenstangen verwendet wird, ermöglicht es, die Zylindrizitätsabweichung auf unter 0,002 mm zu begrenzen. Das Flachschleifen mit der Stirn- oder Umfangsseite der Schleifscheibe reduziert Geradheitsfehler auf ein Niveau von unter 0,005 mm. Dies sind Werte, die beim Fräsen oder beim Fertigdrehen nicht erreichbar sind.

Geometrische Fehler summieren sich mit Maßabweichungen und entscheiden letztendlich über die Passung der Elemente. Deshalb werden bei der Planung der CNC-Schleiftoleranzen immer sowohl die IT-Klasse als auch die Anforderungen an die geometrische Form berücksichtigt.

Genauigkeitsgrenzen beim CNC-Schleifen verschiedener Stahlsorten

Die erreichbare Maßgenauigkeit hängt nicht nur von der Maschine ab, sondern auch von den Eigenschaften des bearbeiteten Materials. Weiche und mittelkohlenstoffhaltige Stähle sind leichter zu schleifen und ermöglichen routinemäßig das Erreichen der Klasse IT6, manchmal sogar IT5. Gehärtete Stähle haben eine höhere Härte und verringern den Verschleiß der Schleifscheibe, erzeugen jedoch mehr Wärme in der Schnittzone.

Werkzeugstähle mit einer Härte von über 60 HRC erfordern Schleifscheiben aus Normalkorund oder Edelkorund. Beim Schleifen dieser Stähle können die Maßabweichungen bei der Klasse IT5 zwischen 3 und 8 µm liegen. Schnellarbeitsstähle ermöglichen aufgrund ihres hohen Wolframkarbidgehalts das Erreichen von Toleranzen der Klasse IT6 ohne das Risiko von Oberflächenverbrennungen.

Wie hängt die Oberflächenrauheit Ra mit der CNC-Schleiftoleranz zusammen?

Die Oberflächenrauheit und die Maßtoleranzen sind eng miteinander verknüpft. Eine höhere Maßgenauigkeitsklasse erfordert in der Regel niedrigere Ra-Werte, da Oberflächenunebenheiten die Messung des tatsächlichen Maßes direkt beeinflussen. Deshalb werden bei der Planung des Schleifprozesses beide Parameter gemeinsam betrachtet.

Ra-Werte von 0,1 bis 0,8 µm beim Fertigschleifen erreicht

Das Fertigschleifen erreicht eine Rauheit Ra im Bereich von 0,2 bis 1,6 µm unter Standardproduktionsbedingungen. Bei Verwendung von feinkörnigen Schleifscheiben und niedrigen Vorschüben sinken die Ra-Werte auf 0,1 µm. Eine solche Oberflächenbeschaffenheit entspricht den Klassen N3–N5 gemäß der Norm ISO 1302.

Das Schruppschleifen erzeugt Ra-Werte im Bereich von 1,6 bis 6,3 µm und dient hauptsächlich dazu, das Aufmaß zu entfernen. Das Schlichtschleifen erreicht Ra-Werte von 0,8 bis 1,6 µm. Erst das Fertigschleifen gewährleistet einen Ra-Wert von unter 0,8 µm, was die Anforderung für die meisten Präzisionsanwendungen darstellt.

Schleifarten nach Rauheit:

• Schruppschleifen – Ra 3,2 bis 6,3 µm, Abtrag von Aufmaß
• Halbfertigschleifen – Ra 0,8 bis 1,6 µm, Formgebung der Geometrie
• Fertigschleifen – Ra 0,2 bis 0,8 µm, endgültige Glätte
• Superfinish-Schleifen – Ra 0,05 bis 0,2 µm, Dichtungs- und Lagerflächen

Die Unterschiede zwischen den aufeinanderfolgenden Schleifstufen wirken sich nicht nur auf die Glätte, sondern auch auf die Dauerfestigkeit der Teile aus. Eine geringere Rauheit verringert die Spannungskonzentration an der Oberfläche, was die Rissbeständigkeit verbessert. Daher ist bei dynamisch belasteten Bauteilen ein Ra-Wert unter 0,4 µm oft eine konstruktive Anforderung.

ISO 286 Normen und ihre Anwendung bei der Bewertung von Schleifergebnissen

Die Norm ISO 286 definiert das Toleranz- und Passungssystem für Abmessungen bis 3150 mm. Sie legt sowohl IT-Toleranzklassen als auch Grundabmaße fest, die durch Buchstaben für Bohrungen und Wellen gekennzeichnet sind. Bei der Bewertung von CNC-Schleifergebnissen dient sie als Grundlage für die Überprüfung der Maßhaltigkeit der gefertigten Bauteile.

Die durch die Norm ISO 286 definierten Toleranzfelder enthalten die Werte IT1 bis IT18 für 20 Nennmaßbereiche. Präzisionsschleifen liegt im Bereich der Klassen IT4–IT6, die die Norm Verbindungen zuordnet, die eine genaue Passung erfordern. Verbindungen von Wälzlagern, Spindeln und Führungen werden genau auf Basis dieser Klassen konstruiert.

Einfluss der Schleifkorngröße auf die endgültige Oberflächenrauheit

Die Korngröße der Schleifscheibe hat einen direkten Einfluss auf die erzielte Oberflächenrauheit Ra. Grobkörnige Schleifscheiben (Körnung 46–60) tragen Material schnell ab, hinterlassen jedoch eine Oberfläche mit einem Ra-Wert von 1,6 bis 3,2 µm. Feinkörnige Schleifscheiben (Körnung 120–220) ermöglichen das Erreichen von Ra-Werten zwischen 0,2 und 0,8 µm.

Schleifscheibenkörnungen und ihre Anwendungen:

• Körnung 46–60 – Schruppschleifen, große Aufmaße
• Körnung 80–100 – Formschleifen
• Körnung 120–180 – Fertigschleifen
• Körnung 220 und feiner – Superfinish-Schleifen und Läppen

Die Wahl der Körnung ist nicht der einzige Faktor, der den Ra-Wert beeinflusst. Ebenso wichtig sind die Härte der Schleifscheibenbindung, die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe sowie die Verwendung von Kühlschmierstoffen. Eine zu harte Schleifscheibe regeneriert sich nicht richtig, was trotz feiner Körnung zu einer erhöhten Rauheit führt. Regelmäßiges Abrichten der Schleifscheibe erhält die Konstanz der Schnittparameter.

Messung von Rauheit und Toleranzen in der Fertigungslinie

Die Qualitätskontrolle beim CNC-Schleifen erfordert geeignete Messmethoden. Die Rauheit wird mit taktilen oder optischen Profilometern gemessen, die die Werte Ra, Rz und Rq liefern. Maßtoleranzen werden mit pneumatischen Mikrometern, Messuhren oder Koordinatenmessgeräten geprüft.

In modernen Betrieben wird die In-Prozess-Messung eingesetzt, also direkt an der Schleifmaschine während der Bearbeitung. Aktive Kompensationssysteme korrigieren das Maß in Echtzeit basierend auf dem Signal des Sensors. Dies eliminiert Fehler, die durch das Durchbiegen der Schleifscheibe und thermische Verformungen der Maschine entstehen.

Wovon hängt die Maßgenauigkeit beim CNC-Schleifen ab?

Die Maßgenauigkeit beim CNC-Schleifen wird von vielen Faktoren gleichzeitig beeinflusst. Die Maschine, das Material, die Bearbeitungsparameter und die Umgebungsbedingungen bilden ein komplexes System von Abhängigkeiten. Das Verständnis dieser Zusammenhänge ermöglicht eine bewusste Prozessplanung und die Vermeidung häufiger Fehler.

Steifigkeit der Schleifmaschine und Maßwiederholgenauigkeit der Werkstücke

Die statische und dynamische Steifigkeit der CNC-Schleifmaschine beeinflusst direkt die Maßwiederholgenauigkeit der bearbeiteten Werkstücke. Jede Durchbiegung im System Maschine-Spannmittel-Werkstück führt zu Maßabweichungen vom Sollwert. Präzisionsschleifmaschinen werden aus Grauguss oder Granit gefertigt, die Schwingungen effektiv dämpfen und Verformungen begrenzen.

Die Kontaktsteifigkeit in den Führungen, der Spindel und dem Tisch ist ebenso wichtig wie die Steifigkeit der Spindel selbst. Spiel im Antriebssystem führt zu Fehlern bei der Positionierwiederholgenauigkeit. CNC-Schleifmaschinen, die mit Kugelgewindetrieben und linearen Rollenführungen ausgestattet sind, erreichen eine Positionierwiederholgenauigkeit in der Größenordnung von 0,001 mm.

Bearbeitungstemperatur und ihr Einfluss auf Maßabweichungen

Die beim Schleifen erzeugte Wärme ist einer der Hauptfaktoren, die die Maßgenauigkeit verringern. Untersuchungen zeigen, dass nach einer Stunde Dauerbetrieb ein Anstieg der Kühlmitteltemperatur von 17°C auf 45°C zu einer Zunahme der Maßabweichungen um bis zu 7 µm führt. Die Wärmeausdehnung der Spindel und des Werkstücks verändert das effektive Zerspanungsmaß, ohne dass die Maschineneinstellungen geändert werden.

Auch die Außentemperatur der Produktionshalle ist von Bedeutung. Schwankungen von 1°C können die Länge der Spindel um 0,5 bis 2 µm verändern. Daher wird Präzisionsschleifen der Klassen IT4 und IT5 in klimatisierten Räumen durchgeführt, in denen eine Temperatur von 20°C ±1°C aufrechterhalten wird.

Der Einsatz eines effizienten Kühlsystems mit Kühlmitteltemperaturregelung ermöglicht es, den Einfluss der Wärme auf den Prozess zu begrenzen. Das Kühlmittel kühlt sowohl die Zerspanungszone als auch den Maschinenkörper. An den Kühlmittelbehälter angeschlossene Kühlaggregate halten eine konstante Temperatur aufrecht und stabilisieren die Maße der bearbeiteten Werkstücke.

Vor dem Schleifen von Bauteilen der Klasse IT5 oder höher empfiehlt es sich, die Maschine mindestens 20 Minuten lang warmlaufen zu lassen, damit die thermische Stabilisierung des Spindelsystems das Risiko von Maßabweichungen nach Produktionsbeginn verringert.

Wahl der Schleifparameter zur Einhaltung enger Toleranzen

Die Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe, die Schnitttiefe und der Tischvorschub bilden ein Parameterdreieck, das über die Qualität des Schleifvorgangs entscheidet. Eine zu große Schnitttiefe erhöht die Schnittkräfte und die Durchbiegung des Systems, was zu Maßfehlern führt. Ein zu geringer Vorschub verlängert die Kontaktzeit der Schleifscheibe mit dem Material und erzeugt übermäßige Wärme.

Regeln für die Wahl der Parameter:

1. Schnitttiefe beim Fertigschleifen – von 0,002 bis 0,010 mm pro Durchgang
2. Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe – von 25 bis 35 m/s für konventionelle Schleifscheiben
3. Längsvorschub des Tisches – von 1/3 bis 2/3 der Schleifscheibenbreite pro Umdrehung
4. Kühlmitteldurchfluss – mindestens 10 l/min beim Flachschleifen

Die Anpassung der Parameter zwischen dem Schrupp- und dem Fertigschleifen ist entscheidend für das Erreichen enger Toleranzen. Das Schruppschleifen entfernt 80–90 % des Aufmaßes bei erhöhtem Vorschub, während das Fertigschleifen die präzise Maßkorrektur vornimmt. Diese Aufteilung ermöglicht es, Effizienz mit Genauigkeit zu verbinden.

Hinweis: Beim Fertigschleifen empfiehlt es sich, bei den letzten Durchgängen die Zustellung auszuschalten und ein Ausfeuern ohne zusätzliche Zustellung der Schleifscheibe durchzuführen. Dieses „Ausfeuern“ eliminiert Durchbiegungen des Systems und stabilisiert das Endmaß.

Präzise CNC-Metallbearbeitung bei CNC Partner

CNC Partner ist ein spezialisiertes Unternehmen mit langjähriger Erfahrung in der präzisen Metallbearbeitung. Der Betrieb realisiert sowohl Einzel- als auch Serienaufträge, die Tausende von Teilen umfassen. Bedient werden Kunden aus Produktionsfirmen, Konstruktionsbüros sowie Unternehmen, die Produktionsüberhänge auslagern. Die Auftragsabwicklung erfolgt per Versand mit schneller Lieferung innerhalb der gesamten Europäischen Union.

Jeder Auftrag durchläuft vor dem Versand eine strenge Qualitätskontrolle. Angebote werden innerhalb von 2 bis 48 Stunden erstellt, und die Lieferzeit beträgt je nach Komplexität des Projekts zwischen 3 und 45 Tagen. Dieser Ansatz ermöglicht eine effiziente Umsetzung sowohl einfacher Serien als auch komplexer Präzisionsteile.

Leistungsspektrum der spanenden Bearbeitung

Das Unternehmen führt eine professionelle CNC-Metallbearbeitung in vier technologischen Hauptbereichen durch. Jede Methode ist auf die spezifischen Material- und Geometrieanforderungen des Werkstücks abgestimmt.

Verfügbare Bearbeitungsmethoden:

• CNC-Fräsen – präzise Formgebung von flachen und räumlichen Elementen, einschließlich Spritzgussformen
• CNC-Drehen – Bearbeitung von Drehteilen aus Metall und Kunststoff mit angetriebenen Werkzeugen
• CNC-Schleifen – Oberflächenveredelung bis zu einer Rauheit von Ra 0,63 µm und hohen Toleranzklassen
• Drahterodieren WEDM – präzises Schneiden von Materialien mit einer Härte von bis zu 64 HRC, die mit anderen Methoden nicht erreichbar sind

Jede der genannten Dienstleistungen wird auf modernen, regelmäßig modernisierten Maschinen durchgeführt, was eine konstante Maßwiederholgenauigkeit garantiert. Der Maschinenpark umfasst Schleifmaschinen mit einem Arbeitsbereich von bis zu 2000 x 1000 mm sowie Fräsmaschinen mit Bereichen bis zu 1700 x 900 x 800 mm.

Qualität, Umsetzung und Kontakt

Das Unternehmen hat sich bei Kunden aus vielen Ländern der Europäischen Union, darunter Frankreich, Deutschland, Dänemark, der Schweiz und Belgien, einen Namen gemacht. Positive Bewertungen bestätigen die hohe Qualität und Termintreue der ausgeführten Aufträge, was in den Kundenbewertungen von CNC Partner nachgelesen werden kann. Detaillierte Informationen zum Leistungsumfang und zu den Kooperationsbedingungen finden Sie auf der Seite der Preisliste für CNC-Bearbeitungsdienstleistungen.

Bestellungen werden per Versand abgewickelt, wobei die Lieferung bei Standardaufträgen innerhalb der Europäischen Union nicht länger als 48 Stunden dauert. Bei größeren Verträgen organisiert das Unternehmen einen eigenen Transport direkt zum Sitz des Auftraggebers. Alle Fragen zu Aufträgen, technischen Spezifikationen und Umsetzungsmöglichkeiten können über das Formular auf der Seite Kontakt zu CNC Partner gestellt werden.

Wie verhalten sich die Toleranzen beim CNC-Schleifen bei der Bearbeitung verschiedener Materialien?

Unterschiedliche Materialien reagieren unterschiedlich auf das CNC-Schleifen, was sich direkt auf die erreichbaren Maßtoleranzen und die Oberflächenqualität auswirkt. Härte, Wärmeleitfähigkeit und die mikroskopische Struktur des Materials bestimmen die Wahl der Schleifscheibe, der Parameter und der Bearbeitungsmethode.

Erreichbare Genauigkeit beim Schleifen von gehärtetem Stahl und Werkzeugstahl

Gehärtete Stähle mit einer Härte von 58–65 HRC gehören zu den am häufigsten geschliffenen Materialien in der Werkzeugindustrie. Das CNC-Schleifen ermöglicht es, bei diesen Materialien Maßtoleranzen der Klassen IT5 und IT6 bei einem Ra-Wert von 0,2 bis 0,8 µm zu erzielen. Die hohe Materialhärte verhindert eine plastische Verformung der Oberfläche, was die geometrische Stabilität begünstigt.

Ein Risiko beim Schleifen von gehärtetem Stahl ist das Anlassbrennen, also eine lokale Härteabnahme durch übermäßige Hitzeentwicklung. Dies tritt bei zu aggressiven Parametern und unzureichender Kühlung auf. Es wird durch Nital-Ätzung oder magnetische Prüfverfahren nachgewiesen. Verbrannte Oberflächen erfordern eine erneute Wärmebehandlung.

Schnellarbeitsstähle (HSS), die Wolfram, Molybdän und Vanadium enthalten, werden mit Schleifscheiben aus Edelkorund oder keramischem Aluminiumoxid geschliffen. Die erreichbare Maßgenauigkeit liegt in der Klasse IT5 mit Toleranzen von 4 bis 13 µm für typische Arbeitsmaße. CNC Partner wendet diese Methoden bei der Bearbeitung von Präzisionswerkzeugen und Spritzgussformen an.

Beim Schleifen von gehärtetem Stahl sollte ein wasserbasiertes Kühlmittel mit Korrosionsinhibitoren verwendet und dessen Konzentration regelmäßig kontrolliert werden. Ein zu stark verdünntes Kühlmittel führt Wärme nicht effizient ab und erhöht das Risiko von Verbrennungen, die zu Maßabweichungen führen.

Schleiftoleranzen bei technischer Keramik und Hartmetall

Technische Keramik, wie Aluminiumoxid oder Siliziumnitrid, zeichnet sich durch eine mit Werkzeugstählen vergleichbare Härte aus, ist jedoch spröde. Das Schleifen von Keramik erfordert Diamantschleifscheiben und langsame Vorschübe. Die erzielbaren Maßtoleranzen liegen zwischen ±0,002 und ±0,005 mm, was der Grenze zwischen den Klassen IT5 und IT6 entspricht.

Hartmetalle auf Wolframkarbidbasis sind Materialien mit einer Härte von 85–92 HRA. Das Diamantschleifen dieser Materialien ermöglicht eine Maßgenauigkeit von ±0,001 mm bei entsprechend gewählter Schleifscheibe und einer steifen Schleifmaschine. Die Rauheit Ra erreicht Werte von 0,1 bis 0,4 µm.

Keramik und Hartmetalle sind Materialien, die nicht beständig gegen Zugspannungen sind, weshalb die Schnittkräfte minimiert werden müssen. Die Schleifscheibengeschwindigkeit wird so gewählt, dass der Abtrag durch Mikro-Splitterung und nicht durch plastische Verformung erfolgt. Falsche Parameter führen zu Mikrorissen unter der Oberfläche, die die Festigkeit des Bauteils verringern.

Hinweis: Beim Schleifen von Hartmetall ist es ratsam, den Zustand der Diamantschleifscheibe regelmäßig mit einer Lupe zu kontrollieren. Ein stumpfes Diamantkorn schneidet nicht, sondern reibt das Material auf, was Hitze, Risse und Maßabweichungen erzeugt, die die festgelegte Toleranzklasse überschreiten.

FAQ: Häufig gestellte Fragen

Welche minimale Maßtoleranz ist beim CNC-Schleifen erreichbar?

Das CNC-Schleifen ermöglicht das Erreichen von Maßtoleranzen im Bereich der Klassen IT4 bis IT6 gemäß der Norm ISO 286. Für typische Arbeitsmaße von 18 bis 50 mm entspricht die Klasse IT5 einer Abweichung von 11 µm und die Klasse IT4 einer Abweichung von 7 µm. Bei Anwendung von Superfinish-Schleifen und feinkörnigen Schleifscheiben ist es möglich, bei kleinen Nennmaßen unter 5 µm zu bleiben.

Solch enge Toleranzen erfordern die gleichzeitige Erfüllung mehrerer Bedingungen. Die Maschine muss eine hohe statische und dynamische Steifigkeit aufweisen, und die Bearbeitung sollte unter stabilen thermischen Bedingungen erfolgen. Eine in der Fertigungshalle konstant gehaltene Temperatur von 20°C ±1°C eliminiert Fehler, die durch die thermische Ausdehnung des Werkstücks und der Schleifspindel entstehen.

Warum ist die Rauheit Ra bei der Bewertung von CNC-Schleiftoleranzen von Bedeutung?

Die Oberflächenrauheit Ra beeinflusst direkt das Messergebnis des tatsächlichen Werkstückmaßes. Mikroskopische Unebenheiten der Oberfläche liegen innerhalb des Maßtoleranzfeldes und können die Messwertanzeige des Messgeräts verfälschen. Daher ist bei Toleranzklassen ab IT5 eine Rauheit Ra von unter 0,8 µm erforderlich.

Das Fertigschleifen erreicht standardmäßig einen Ra-Wert von 0,2 bis 0,8 µm, während das Superfinish-Schleifen Werte von unter 0,2 µm ermöglicht. Eine geringere Rauheit verringert das Risiko von Messfehlern und verbessert die Ermüdungsfestigkeit des Bauteils. Dies führt zu einer längeren Lebensdauer von präzisen beweglichen Verbindungen, Lagern und Dichtungen.

Welche Faktoren führen beim CNC-Schleifen am häufigsten zur Überschreitung von Maßtoleranzen?

Die häufigste Ursache für die Überschreitung von Toleranzen ist die in der Schnittzone erzeugte Wärme. Ein Anstieg der Kühlmitteltemperatur um nur wenige Grad Celsius kann die Maßabweichungen um einige Mikrometer erhöhen. Zu aggressive Schleifparameter, also eine große Schnitttiefe und ein hoher Vorschub, verstärken diesen Effekt.

Ein weiterer Faktor ist der Zustand der Schleifscheibe. Ein stumpfes Korn schneidet nicht, sondern reibt auf dem Material, was zu Vibrationen und Prozessinstabilität führt. Regelmäßiges Abrichten der Schleifscheibe sowie das Durchführen eines Funkenschleifens ohne Zustellung bei den letzten Durchgängen eliminiert effektiv Fehler, die durch Durchbiegungen des Systems aus Schleifmaschine, Aufnahme und Werkstück entstehen.

Maschinenvibrationen und Spiel im Antriebssystem bilden die dritte Gruppe von Ursachen. Linearführungen mit Spiel oder verschlissene Spindellager erzeugen Positionierfehler, die die angestrebte Toleranzklasse überschreiten. Regelmäßige Kalibrierung und Wartung der CNC-Schleifmaschine sind die Voraussetzung für die Aufrechterhaltung einer wiederholbaren Genauigkeit.

Ist das CNC-Schleifen für spröde Materialien wie technische Keramik geeignet?

Das CNC-Schleifen ist die geeignete Methode zur Bearbeitung von technischer Keramik, erfordert jedoch Diamantschleifscheiben und präzise gewählte Parameter. Keramik verformt sich im Gegensatz zu Metallen nicht plastisch, sondern bricht. Zu hohe Schnittkräfte führen zur Entstehung von oberflächennahen Mikrorissen, die die Festigkeit des Bauteils verringern.

Bei korrekt durchgeführtem Schleifen von Aluminiumoxid- und Siliziumnitrid-Keramik liegen die erreichten Maßtoleranzen zwischen ±0,002 und ±0,005 mm. Die Rauheit Ra liegt bei Verwendung feinkörniger Schleifscheiben im Bereich von 0,1 bis 0,4 µm. Hartmetalle auf Wolframkarbidbasis ermöglichen Toleranzen von bis zu ±0,001 mm, was der Grenze der Klasse IT4 entspricht.

Zusammenfassung

CNC-Schleifen ermöglicht das Erreichen von Maßtoleranzen in den Klassen IT4 bis IT6, also Abweichungen von 2 bis 22 µm, abhängig vom Nennmaß und der Art des Prozesses. Die Rauheit Ra liegt im Bereich von 0,1 bis 1,6 µm, und beim Superfinish-Schleifen sinkt sie unter 0,2 µm. Diese Genauigkeit ist durch die Kombination aus steifen Maschinen, korrekt gewählten Schleifscheiben und stabilen thermischen Bedingungen möglich.

Die erzielten Ergebnisse hängen vom bearbeiteten Material, der Klasse der CNC-Schleifmaschine und der technologischen Disziplin des gesamten Prozesses ab. Gehärteter Stahl, technische Keramik und Hartmetall erfordern unterschiedliche Ansätze, doch jedes dieser Materialien ermöglicht es, eine industrielle Präzision zu erreichen, die den ISO 286-Normen entspricht. Ein bewusstes Management der Schleifparameter, der Kühlung und der Qualitätskontrolle ist das Fundament für eine wiederholbare Produktion von Präzisionsteilen.

Quellen:

1. https://en.wikipedia.org/wiki/IT_Grade
2. https://en.wikipedia.org/wiki/Engineering_tolerance
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Engineering_fit
4. https://pl.wikipedia.org/wiki/Tolerancja_wymiaru
5. https://www.iso.org/obp/ui/
6. https://www.ijert.org/optimization-of-surface-grinding-process-parameters-by-taguchi-method-and-response-surface-methodology
7. https://ijrtsm.com/wp-content/uploads/2022/09/Shivam-07-11.pdf
8. https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=132614
9. https://www.academia.edu/110639728/Thermal_Stiffness_a_Key_Accuracy_Indicator_of_Machine_Tools
10. https://www.scitepress.org/Papers/2018/75347/75347.pdf
11. https://kesugroup.com/machining-precision-and-tolerance-grades-explained/