CNC-BearbeitungEs ist notwendig, nicht nur die Maßgenauigkeit der bearbeiteten Oberfläche selbst sicherzustellen, sondern auch die Positionsgenauigkeit zwischen verschiedenen bearbeiteten Oberflächen zu gewährleisten. Die korrekte Wahl der Bezugspunkte spielt eine wichtige Rolle für die Einhaltung der Positionsgenauigkeit zwischen den Oberflächen und für die korrekte Anordnung des Bearbeitungsergebnisses.
Was ist ein Datum?
Geometrische Elemente eines Bauteils, wie Punkte, Linien und Flächen, weisen spezifische Maß- und Lagebeziehungen auf. Bei der Bauteilkonstruktion und -bearbeitung werden bestimmte Punkte, Linien oder Flächen häufig verwendet, um die geometrischen Beziehungen anderer Merkmale festzulegen. Diese Bezugspunkte, -linien oder -flächen werden als Bezugsflächen bezeichnet.
Bezugsarten
Entsprechend ihrer Funktionen lassen sich Daten im Allgemeinen in zwei Kategorien einteilen:
- Auslegungsbezugspunkte
- Prozessdaten
1. Auslegungsbezugspunkt
Ein Konstruktionsbezugspunkt ist der auf der technischen Zeichnung eines Bauteils angegebene Bezugspunkt.
Bei der Bauteilkonstruktion werden die Punkte, Linien oder Flächen, die als Referenzpunkte zur Bestimmung der Positionen anderer geometrischer Elemente dienen, als Konstruktionsbezugspunkte bezeichnet. Konstruktionsbezugspunkte werden von Konstrukteuren gemäß den Montageanforderungen definiert und dienen der Festlegung von Maß- und Lagebeziehungen zwischen geometrischen Merkmalen.
Auf den Teilezeichnungen werden Maße und Lagetoleranzen relativ zu diesen Konstruktionsbezugspunkten angegeben.
Beispielsweise:
- Oberfläche A und Oberfläche B können als gegenseitige Konstruktionsbezugspunkte dienen.
- Die Achse einer äußeren Zylinderfläche mit Ø30 mm kann die Achse einer äußeren Zylinderfläche mit Ø50 mm als Konstruktionsbezugspunkt verwenden.
- In einem anderen Fall kann die Linie D unterhalb der Ebene C als Entwurfsbezugspunkt dienen.
In technischen Zeichnungen gibt es üblicherweise nur einen Bezugspunkt in einer bestimmten Richtung.
2. Prozessdatum
Ein Prozessbezugswert ist ein Bezugswert, der während Fertigungsprozessen verwendet wird. Je nach Anwendungsbereich lassen sich Prozessbezugswerte unterteilen in:
- Betriebsbezugspunkte
- Bezugspunkte festlegen
- Messbezugspunkte
- Montagebezugspunkte
Operationsdatum
Ein Bearbeitungsbezugspunkt ist die Referenz in einer Bearbeitungszeichnung, die die Maße, Geometrie und Lagebeziehungen der bei diesem Bearbeitungsvorgang bearbeiteten Flächen festlegt. Der Bearbeitungsbezugspunkt sollte nach Möglichkeit mit dem Konstruktionsbezugspunkt übereinstimmen.
Messbezugspunkt
Ein Messbezugspunkt ist der Bezugspunkt, der beim Messen der Abmessungen und Lagebeziehungen bearbeiteter Oberflächen an einem Werkstück verwendet wird.
Montagedatum
Ein Montagebezugspunkt dient während der Montage zur Bestimmung der relativen Position eines Bauteils oder einer Baugruppe innerhalb eines Produkts. Beispielsweise können bei der Zahnradmontage die Bohrung und die Stirnfläche des Zahnrads als radialer bzw. axialer Montagebezugspunkt dienen.
Ortungsdatum
Ein Bezugspunkt ist ein Bezugspunkt, der zur Positionierung des Werkstücks während der Bearbeitung verwendet wird.
Der als Bezugspunkt verwendete Punkt oder die Linie wird immer durch eine reale Oberfläche, die sogenannte Bezugsfläche, realisiert.
- Wird ein Werkstück mithilfe einer Ebene positioniert, dient diese Ebene als Bezugsfläche.
- Bei der Positionierung mithilfe einer zylindrischen oder konischen Fläche dient die Achse dieser Fläche als Bezugspunkt. Die Fläche selbst dient hingegen als Bezugsfläche.
Werden beispielsweise Wellenbauteile mithilfe zweier Zentrierbohrungen positioniert, dienen die inneren Kegelflächen der Zentrierbohrungen als Bezugsflächen bei der Bearbeitung der äußeren zylindrischen Abschnitte.
Die Bezugssysteme werden weiter unterteilt in:
- Grobe Bezugspunkte
- Endbezugspunkte
Beim ersten Bearbeitungsschritt können nur unbearbeitete Rohlingsflächen als Bezugspunkte ausgewählt werden. Diese werden als Schruppbezugspunkte bezeichnet. In nachfolgenden Bearbeitungsschritten können bereits bearbeitete Flächen zur Positionierung verwendet werden. Diese werden als Fertigbezugspunkte bezeichnet.
Auswahl der Oberflächenbezugspunkte
Bei der Prozessplanung ist die korrekte Auswahl der Bezugspunkte entscheidend für die Sicherstellung der Bearbeitungsgenauigkeit und die ordnungsgemäße Anordnung der Bearbeitungsvorgänge.
Typischerweise werden die Schlichtbezugsflächen zunächst entsprechend den Bearbeitungsanforderungen ausgewählt. Anschließend wird der Prozessablauf rückwärts bestimmt, um die Flächen zu identifizieren, die als Schruppbezugsflächen für die Bearbeitung der benötigten Schlichtbezugsflächen dienen sollen.
Die Wahl der Bezugspunkte für die Endbearbeitung sollte die Bearbeitungsgenauigkeit verbessern und gleichzeitig eine komfortable und zuverlässige Einrichtung gewährleisten. Folgende Grundsätze werden üblicherweise befolgt.
Datumsübereinstimmung
Das Prinzip der Bezugsübereinstimmung besagt, dass der gewählte Bezugspunkt nach Möglichkeit mit dem Konstruktionsbezugspunkt übereinstimmen sollte, um durch Bezugspunktabweichungen verursachte Positionierungsfehler zu vermeiden.
Nehmen wir beispielsweise an, die Designabmessungen seien:
- ( A ± Ta/2 )
- ( B ± Tb/2 )
Die Oberflächen P und N wurden bereits bearbeitet und geprüft.
Beim Fräsen der Ebene M mit Hilfe der Justiermethode können zwei Vorgehensweisen angewendet werden, um die Sollmaße ( B ±Tb/2 ) zu gewährleisten:
- Verwendung der Entwurfsbezugsfläche N als primäres Bezugssystem
- Verwendung der Unterseite P als primäres Bezugsniveau
Stimmt das Bezugsniveau nicht mit dem Konstruktionsbezugsniveau überein, kommt es zu Positionierungsfehlern aufgrund von Bezugsniveauabweichungen.
Einheitliches Datum
Das Prinzip des einheitlichen Bezugssystems bedeutet, dass bei verschiedenen Bearbeitungsvorgängen möglichst immer dasselbe Bezugssystem verwendet werden sollte.
Dadurch werden Einrichtungsfehler aufgrund von Bezugspunktänderungen minimiert, die Positionsgenauigkeit zwischen Oberflächen sichergestellt und die Komplexität der Vorrichtungskonstruktion reduziert.
Beispielsweise:
- Wellenkomponenten werden üblicherweise mithilfe von zwei Mittellöchern bei den meisten Arbeitsgängen positioniert.
- Die Gehäusekomponenten werden häufig mithilfe einer Fläche und zweier Löcher positioniert.
In der Praxis können das Prinzip der Datenübereinstimmung und das Prinzip des einheitlichen Datensystems nicht immer gleichzeitig erfüllt werden, und je nach den tatsächlichen Fertigungsbedingungen können Kompromisse erforderlich sein.
Selbstreferenzierendes Datum
Bei bestimmten Nachbearbeitungsvorgängen, bei denen die Bearbeitungstoleranz gering und gleichmäßig sein muss, kann die bearbeitete Oberfläche selbst als Bezugspunkt verwendet werden.
Die Positionsgenauigkeit dieser Oberfläche im Verhältnis zu anderen Oberflächen wird durch vorherige Bearbeitungsschritte sichergestellt, während der aktuelle Bearbeitungsschritt hauptsächlich die Oberflächengüte und die Maßgenauigkeit verbessert.
Typische Beispiele sind:
- Schwimmendes Aufreiben
- Anstich
- Spitzenloses Schleifen
- Gewindeschneiden mit Gewindebohrern oder Schneideisen
Bei diesen Verfahren dient die zuvor bearbeitete Oberfläche selbst als Bezugspunkt.
Gegenseitiger Bezugspunkt und wiederholte Bearbeitung
Wenn eine gleichmäßige Bearbeitungszugabe oder eine hohe Positionsgenauigkeit zwischen zwei Oberflächen erforderlich ist, können die beiden Oberflächen bei wiederholten Bearbeitungsvorgängen abwechselnd als Bezugspunkte füreinander dienen.
Zum Beispiel in einer Drehbankspindel:
- Die Lagerzapfen und die Kegelbohrung erfordern eine sehr hohe Koaxialität und Bearbeitungsgenauigkeit.
- Der Zapfen kann zunächst unter Verwendung der Kegelbohrung als Bezugspunkt geschliffen werden.
- Die Kegelbohrung kann dann unter Verwendung des Zapfens als Bezugspunkt geschliffen werden.
Durch wiederholte Bearbeitung kann die erforderliche Genauigkeit erreicht werden.
Ein weiteres Beispiel sind präzisionsgehärtete Zahnräder:
Da die gehärtete Schicht dünn ist, muss das Schleifaufmaß gering und gleichmäßig bleiben.
- Die Zahnoberfläche kann zunächst als Bezugspunkt zum Schleifen der Bohrung verwendet werden.
- Die Bohrung kann dann als Bezugspunkt zum Schleifen der Zahnoberfläche verwendet werden.
Dies gewährleistet ein gleichmäßiges Schleifspiel und eine hohe Positionsgenauigkeit in Bezug auf die Montagebezugspunkte.
Auswahl grober Bezugspunkte
Die Auswahl der groben Bezugspunkte sollte wie folgt erfolgen:
- Sicherstellen, dass die Positionsbeziehungen zwischen bearbeiteten und unbearbeiteten Oberflächen übereinstimmen.
- Die Bearbeitungszugabe angemessen verteilen
- Geeignete Endbezugspunkte für nachfolgende Bearbeitungsvorgänge bereitstellen.
Folgende Grundsätze werden üblicherweise angewendet.
(1) Stellen Sie sicher, dass die Positionsbeziehungen zwischen bearbeiteten und unbearbeiteten Flächen übereinstimmen. Wählen Sie in diesem Fall unbearbeitete Flächen als grobe Bezugspunkte. Sind mehrere unbearbeitete Flächen vorhanden, wählen Sie diejenige mit den höchsten Anforderungen an die Positionsgenauigkeit relativ zur bearbeiteten Fläche.
(2) Stellen Sie sicher, dass auf allen bearbeiteten Oberflächen ausreichend Bearbeitungszugabe vorhanden ist. Die Oberfläche mit der geringsten Bearbeitungszugabe sollte im Allgemeinen als Rohbezugsfläche gewählt werden.
(3) Sorgen Sie für ein gleichmäßiges Bearbeitungszugabe an wichtigen Flächen. Wichtige Flächen können selbst als grobe Bezugsflächen gewählt werden. Beispielsweise benötigen Werkzeugmaschinenführungen Folgendes:
- Hohe Härte
- Gleichmäßige Verschleißfestigkeit
- Einheitliche Materialstruktur
Daher sollte das von der Führungsbahnoberfläche abgetragene Bearbeitungszugabe gering und gleichmäßig sein.
Durch die Wahl der Führungsbahnoberfläche selbst als groben Bezugspunkt können zuerst die Maschinenbettbeine bearbeitet werden, und die bearbeiteten Bettbeinoberflächen können dann verwendet werden, um das Werkstück für die Führungsbahnbearbeitung zu positionieren, wodurch ein gleichmäßiger Materialabtrag gewährleistet wird.
(4) Für eine stabile Positionierung und zuverlässige Klemmung sorgen. Die als grober Bezugspunkt gewählte Oberfläche sollte möglichst eben und glatt sein; dabei ist Folgendes zu vermeiden:
- Schmiedegrat
- Gusssteigmarken
- Andere Oberflächenfehler
Es sollte außerdem über eine ausreichend große Oberfläche verfügen, um eine stabile Positionierung zu gewährleisten.
(5) Vermeiden Sie die wiederholte Verwendung von Rohbezugsflächen. Da es sich bei Rohbezugsflächen um unbearbeitete Rohflächen handelt, sind deren Maßgenauigkeit und Oberflächengüte relativ gering.
Wird immer wieder derselbe grobe Bezugspunkt in derselben Richtung verwendet, kann die relative Position zwischen Werkstück, Werkzeugmaschine und Schneidwerkzeug bei jeder Aufspannung nicht gewährleistet werden, was zu erheblichen Bearbeitungsfehlern führt.
