Wann haben Sie das letzte Mal den Rundlauf Ihrer Spindel gemessen? Gestern? Letzte Woche? Oder ist es schon Monate her? Die meisten Maschinenbediener verlassen sich auf ihr Bauchgefühl – “die Maschine läuft ja noch” – bis plötzlich die Ausschussquote durch die Decke geht und teure Nacharbeit den Gewinn auffrisst.
Dabei kostet Sie ein wöchentlicher Genauigkeitscheck gerade mal 30 Minuten. Die Ersparnis? Bei einem typischen Lohnfertiger mit 10.000 Teilen pro Jahr sprechen wir von über 8.000 Euro. Klingt verrückt? Ist aber nachrechenbar. In diesem Artikel zeige ich Ihnen genau, welche einfachen Prüfungen Sie als Bediener selbst durchführen können und wie Sie damit die Maschinengenauigkeit im grünen Bereich halten.
Stellen Sie sich vor: Ihre CNC-Maschine ist wie ein Hochleistungssportler. Ohne regelmäßigen Check-up verliert sie schleichend ihre Präzision. Das Problem? Dieser Prozess ist heimtückisch.
Thermische Einflüsse durch laufende Spindeln, mechanischer Verschleiß an Führungen und die ständige Belastung führen zu minimalen, aber stetig wachsenden Abweichungen. Diese bleiben im hektischen Produktionsalltag oft unbemerkt – bis die Konsequenzen unübersehbar werden.
Die Folgen kennen Sie vielleicht selbst:
Für Sie als Lohnfertiger bedeutet jedes Ausschussteil den Verlust des Gewinns von dutzenden Gutteilen. Bei einem Teilewert von 15 Euro und 3% Ausschussrate sprechen wir schnell von 4.500 Euro pro Jahr – nur durch mangelnde Präzision.
Bevor wir zu den praktischen Checks kommen, müssen wir kurz über die Grundlagen sprechen. Keine Sorge, ich halte es einfach.
Die Positioniergenauigkeit beschreibt, wie exakt Ihre Maschine eine programmierte Position anfährt. Wenn Sie X100 programmieren, landet die Achse dann wirklich bei 100,000 mm oder eher bei 100,015 mm?
Diese systematische Abweichung führt zu falschen Bohrungsabständen und Maßfehlern. Das Gemeine: Sie tritt bei jedem Teil gleich auf.
Noch wichtiger für die Praxis ist die Wiederholgenauigkeit. Sie zeigt, ob Ihre Maschine eine Position beim wiederholten Anfahren konsistent erreicht.
Eine Maschine kann durchaus eine schlechte Positioniergenauigkeit haben (fährt immer 0,02 mm daneben), aber wenn sie das konstant macht, können Sie das kompensieren. Schwankt sie aber jedes Mal anders, haben Sie ein echtes Problem.
Die Umkehrspanne ist das “Spiel” im Antriebssystem. Fährt die Achse von links nach rechts zu Position 50 und dann zurück, landet sie nicht am gleichen Punkt.
Dieses Spiel zeigt sich bei Kreisinterpolationen typischerweise als ovale oder achtförmige Verzerrung und ist eine Hauptursache für Konturfehler.
Die wichtigste Basis ist die mechanische Ausrichtung Ihrer Maschinenkomponenten:
Ein Winkelfehler von nur 0,01° führt bei einer 200 mm langen Strecke bereits zu 0,035 mm Abweichung!
Der Spindelrundlauf beschreibt, wie exakt Ihre Spindelachse rotiert, ohne seitliche Abweichungen. Bereits minimale Rundlauffehler im Bereich von wenigen Mikrometern führen direkt zu schlechteren Oberflächen, erhöhtem Werkzeugverschleiß und Präzisionsproblemen bei allen Bearbeitungsschritten.
Bevor wir in die Praxis einsteigen, müssen wir drei Begriffe klar trennen, die oft durcheinandergeworfen werden:
Kalibrieren ist reines Messen und Vergleichen. Sie stellen fest, wie groß die Abweichung zwischen Soll und Ist ist. Das ist wie beim Arzt die Diagnose – Sie wissen danach, was los ist, haben aber noch nichts verändert.
Justieren ist der aktive Eingriff. Jetzt korrigieren Sie die festgestellte Abweichung durch mechanische Einstellung oder Software-Kompensation. Das ist die Therapie nach der Diagnose.
Verifizieren ist die Erfolgskontrolle. Nach der Justage prüfen Sie, ob die Maschine jetzt wirklich die geforderte Genauigkeit erreicht. Oft geschieht das durch die Fertigung eines genormten Testwerkstücks.
Diese Trennung ist wichtig, denn viele Bediener “justieren drauflos”, ohne vorher sauber kalibriert zu haben. Das ist wie Medikamente nehmen ohne Diagnose – kann gutgehen, meist macht es aber alles schlimmer.
Die Temperatur ist der größte Feind der Präzision. Eine Spindel, die mit 12.000 U/min läuft, erzeugt Wärme. Diese Wärme dehnt das Material aus – bei Stahl um etwa 11,7 µm pro Meter und Kelvin Temperaturerhöhung.
Was heißt das konkret? Ein Z-Achsen-Kugelgewindetrieb von 600 mm Länge dehnt sich bei 10°C Temperaturerhöhung um 0,07 mm aus! Das sind 7 Hundertstel – weit außerhalb jeder vernünftigen Toleranz. Je nach Material der Maschinenkomponenten – beispielsweise Stahl, Aluminium oder Gusseisen – variieren diese thermischen Ausdehnungen deutlich, was die Gesamtsituation zusätzlich erschwert.
Aber es kommt noch schlimmer: Die Erwärmung ist nicht gleichmäßig. Die Spindel wird heißer als das Maschinenbett, die Führungen erwärmen sich anders als die Kugelgewindetriebe. Diese unterschiedlichen Ausdehnungen verziehen die gesamte Geometrie.
Die Lösung? Konsequentes Warmlaufen lassen. Mindestens eine Stunde bei mittlerer Drehzahl, bevor Sie mit Präzisionsarbeiten beginnen. Und: Messen Sie die Maschinentemperatur! Ein einfaches Infrarot-Thermometer für 30 Euro zeigt Ihnen, ob Ihre Maschine thermisch stabil ist.
Jetzt wird’s praktisch. Diese drei Checks können Sie mit einfachen Mitteln selbst durchführen.
Das brauchen Sie:
So geht’s:
Werte über 0,005 mm sind ein Warnsignal. Bei 0,01 mm sollten Sie handeln. Das klingt nach wenig, aber diese Abweichung überträgt sich direkt auf Ihr Werkzeug und damit auf jede Oberfläche.
Diese Methode ist genial einfach und liefert aussagekräftige Ergebnisse. Das Fraunhofer IPT zeigt mit modernen R-Test-Verfahren Genauigkeitssteigerungen von bis zu 89% – aber auch mit klassischen Methoden erreichen Sie schon viel.
Die klassische 5-Schnitt-Methode funktioniert so:
Moderne CNC-Bearbeitungszentren mit präziser Grundgeometrie verfügen oft über integrierte Messzyklen, die solche Prüfungen teilautomatisiert durchführen. Das spart Zeit und reduziert Fehler.
Das geht sogar ohne Demontage:
Wiederholen Sie diesen Test mindestens dreimal und bilden Sie den Durchschnitt der Ergebnisse, um zufällige Fehler sicher auszuschließen.
Mehr als 0,01 mm Unterschied? Dann sollten Sie die Umkehrspanne in der Steuerung kompensieren oder den Kugelgewindetrieb prüfen lassen.
Ein oft übersehener, aber kritischer Punkt ist die Ebenheit Ihres Maschinentisches oder Ihrer Aufspannplatte. Unebenheiten führen zu Verspannungen im Werkstück und damit zu Maßabweichungen nach dem Entspannen.
So prüfen Sie die Ebenheit:
Abweichungen über 0,02 mm auf 500 mm? Zeit für eine Überarbeitung der Aufspannfläche. Als Sofortmaßnahme können Sie kritische Bereiche mit Unterlegfolien ausgleichen.
Dieser Test zeigt, ob Ihre Spindel über den gesamten Z-Verfahrweg parallel zum Tisch bleibt:
Bei mehr als 0,02 mm Abweichung auf 300 mm Verfahrweg stimmt die Führungsgeometrie nicht mehr. Das führt zu konischen Bohrungen und schiefen Fräsflächen.
Tipp 1: Das Kühlmittel-Problem
Kaltes Kühlmittel nach der Mittagspause ist ein unterschätzter Genauigkeitskiller. Die plötzliche Abkühlung verzieht Werkstück und Werkzeug. Lassen Sie das Kühlmittel mindestens 15 Minuten zirkulieren, bevor Sie Präzisionsteile bearbeiten. Bedenken Sie, dass kaltes Kühlmittel direkt die Temperatur und Länge Ihres Werkzeugs beeinflusst und somit unmittelbar zu Maßabweichungen führt.
Tipp 2: Späne sind der Feind
Ein einziger Span zwischen Werkzeug und Aufnahme bedeutet mehrere Hundertstel Rundlauffehler. Reinigen Sie den Steilkegel oder HSK-Konus bei jedem Werkzeugwechsel mit Druckluft – aber Vorsicht: Immer Schutzbrille tragen!
Tipp 3: Die Werkzeugaufnahme altert
Auch der beste SK40 oder HSK-63 nutzt sich ab. Prüfen Sie regelmäßig mit einer Kegellehre. Sichtbare Riefen oder fühlbares Spiel? Dann ist es Zeit für eine neue Aufnahme. Die 200 Euro Investition sparen Sie durch längere Werkzeugstandzeiten schnell wieder ein.
In der Praxis begegnen Ihnen immer wieder die gleichen Fehlerbilder. Hier die häufigsten Probleme und ihre Lösungen:
Symptome: Bohrungen sind nicht rund, sondern leicht elliptisch. Bei Passungen problematisch.
Mögliche Ursachen:
Sofortmaßnahmen:
Bei wiederkehrenden Rundlaufproblemen sollten Sie prüfen, ob Ihre Maschine noch zeitgemäß ist. Moderne 3-Achs-Fräsmaschinen mit hochwertigen Spindellagern erreichen Rundlaufwerte unter 0,003 mm dauerhaft.
Symptome: Statt glatter Oberflächen entstehen Wellenmuster oder Rattermarken.
Mögliche Ursachen:
Sofortmaßnahmen:
Symptome: Vormittags produzierte Teile sind i.O., nachmittags außerhalb der Toleranz.
Mögliche Ursachen:
Sofortmaßnahmen:
Symptome: Bei ausgeschalteter Klemmung sinkt die Z-Achse langsam nach unten.
Mögliche Ursachen:
Sofortmaßnahmen:
Ein Punkt, der oft unterschätzt wird: Ohne Dokumentation verpufft der Effekt Ihrer Messungen. Sie brauchen kein kompliziertes System – ein einfaches Logbuch reicht.
Wöchentliche Einträge:
Monatliche Einträge:
Bei Problemen zusätzlich:
Diese Dokumentation ist Gold wert. Sie sehen Trends, bevor sie zum Problem werden. Die schleichende Verschlechterung des Spindelrundlaufs über Wochen zeigt sich im Logbuch deutlich – ohne würden Sie es erst merken, wenn’s zu spät ist.
Moderne CNC-Steuerungen bieten oft eingebaute Logging-Funktionen, und ein Kreisformtest (Ballbar-Test) auf der CNC liefert zusätzlich schnelle und aussagekräftige Diagnosen dynamischer Maschinenfehler, die Sie leicht auswerten und dokumentieren können. Die detaillierte Anleitung zum Kreisformtest zeigt praktische Diagnosemöglichkeiten, die Sie nutzen sollten. Viele Steuerungen können:
Nutzen Sie diese Features! Die Daten sind bereits da – Sie müssen sie nur abrufen und auswerten.
Lassen Sie uns Klartext reden. Ein Lohnfertiger mit typischen Produktionszahlen kann durch wöchentliche 30-Minuten-Checks folgendes erreichen:
Die Investition:
Die Einsparung:
Unterm Strich: 8.890 Euro Ersparnis bei 1.182 Euro Invest = 652% ROI!
Diese Rechnung basiert auf echten Branchenzahlen. Bei Einzelteilfertigung mit höheren Stückwerten ist der Effekt noch dramatischer.
Nehmen wir einen Werkzeug- und Formenbauer, der monatlich 10 Formeinsätze aus gehärtetem Stahl herstellt:
Ausgangssituation ohne regelmäßige Checks:
Kosten des Problems:
Nach Einführung wöchentlicher Checks:
Gerade bei der Bearbeitung von gehärteten Stählen zeigen 5-Achs-Bearbeitungszentren mit stabiler Kinematik ihre Stärken durch reduzierten Werkzeugverschleiß bei angestellten Bearbeitungen.
Was in diesen Rechnungen noch fehlt, sind die indirekten Kosten:
Kundenverlust durch Qualitätsprobleme: Ein einziger verlorener Stammkunde kann 50.000 Euro Jahresumsatz bedeuten. Wenn der wegen Maßabweichungen zur Konkurrenz wechselt, tut das richtig weh.
Imageschaden: In der Zerspaner-Community spricht sich schnell herum, wer zuverlässig liefert und wer nicht. Ein Ruf ist schnell ruiniert, der Wiederaufbau dauert Jahre.
Mitarbeiterfrust: Ständige Nacharbeit und Ausschuss demotivieren. Gute Fachkräfte wandern ab zu Betrieben, wo sie stolz auf ihre Arbeit sein können. Bei 50.000 Euro Kosten für die Neubesetzung einer Fachkraft ist das ein teures Problem.
Opportunitätskosten: Während Sie Ausschuss nacharbeiten, könnten Sie profitable Neuaufträge fertigen. Bei 85 Euro Deckungsbeitrag pro Maschinenstunde summiert sich das schnell.
In Branchen mit besonders hohen Qualitätsanforderungen wie Automotive oder Medizintechnik führen bereits kleinste Genauigkeitsprobleme unmittelbar zu massiven Reklamationen und Auftragsverlusten, was das Risiko unzureichender Maschinenkalibrierung noch weiter erhöht.
Die VDI ZRE-Initiative zur systematischen Ausschussreduzierung zeigt: Präventive Qualitätssicherung ist der Schlüssel zur Ressourceneffizienz in modernen Fertigungsbetrieben.
Die beste Kalibrierung nützt wenig, wenn die Maschine ihre Einstellung nicht hält. Hier zeigt sich der Unterschied zwischen einer durchschnittlichen und einer wirklich stabilen Maschine.
Der entscheidende Faktor ist die mechanische Grundsubstanz. Maschinen mit massiver Bauweise – beispielsweise aus hochwertigem Meehanite-Guss mit bis zu 35% mehr Masse als Standardkonstruktionen – bieten entscheidende Vorteile für die Langzeitpräzision. Diese zusätzliche Masse wirkt wie ein Schwingungsdämpfer und thermischer Puffer.
Was bedeutet das für Ihre Kalibrierung?
Eine stabile Geometrie Ihrer CNC-Fräse bildet damit die Grundvoraussetzung für eine erfolgreiche Kalibrierung. Auf Basis einer dauerhaft stabilen Maschinengeometrie reduziert eine sorgfältig umgesetzte CNC-Kalibrierung langfristig den Aufwand für Nacharbeiten und sorgt für nachhaltig präzise Fertigung.
Ein weiterer wichtiger Baustein sind direkte Wegmesssysteme wie Glasmaßstäbe. Im Gegensatz zu indirekten Messsystemen erfassen sie die tatsächliche Position direkt am bewegten Maschinenteil – nicht nur die Umdrehungen der Antriebsspindel. Das eliminiert typische Fehlerquellen wie die thermische Ausdehnung von Kugelgewindetrieben oder das Spiel in der Mechanik.
Die Kombination aus stabiler Mechanik und präziser Messtechnik schafft die ideale Basis für nachhaltig genaue Fertigung. Bei der Maschinenauswahl sollten Sie daher besonders auf diese Konstruktionsmerkmale achten – sie entscheiden über die Langzeitstabilität Ihrer Kalibrierung.
Bei aller Eigeninitiative: Manche Dinge gehören in Expertenhände. Spätestens wenn Ihre Checks systematische Abweichungen zeigen, die Sie nicht durch Steuerungskompensation beheben können, ist es Zeit für den professionellen POS-Service für die jährliche Maschinenkalibrierung.
Typische Anzeichen:
Eine professionelle Vermessung mit Laserinterferometer kostet je nach Aufwand 2.500 bis 4.000 Euro. Klingt viel? Bedenken Sie: Ein einziges verschrottetes Einzelteil kann teurer sein.
Die Wahrheit ist: Die meisten Genauigkeitsprobleme entstehen nicht über Nacht. Sie entwickeln sich schleichend und könnten durch simple Checks früh erkannt werden.
Mein Rat: Fangen Sie diese Woche an. Nehmen Sie sich 30 Minuten Zeit und messen Sie den Spindelrundlauf Ihrer wichtigsten Maschine. Dokumentieren Sie den Wert. Wiederholen Sie das nächste Woche. Nach vier Wochen haben Sie einen Trend – und wahrscheinlich die ersten Probleme verhindert.
Die Investition ist minimal, der Nutzen enorm. Und das Beste: Sie bekommen ein Gefühl für Ihre Maschine, das durch keine Software ersetzt werden kann. Denn am Ende des Tages sind Sie es, der die Qualität Ihrer Teile verantwortet.
Wollen Sie tiefer einsteigen? Dann empfehle ich Ihnen unseren weiterführenden Artikel zur 5-Achs-Kalibrierung und ihre entscheidende Rolle für die Fertigungsqualität. Dort geht’s um die Königsdisziplin der Maschinenkalibrierung.
Die modernen Bearbeitungszentren sind heute oft von Haus aus mit Features ausgestattet, die das Kalibrieren erleichtern: KinematicsOpt für automatische Vermessung, thermische Kompensation und vieles mehr. Das macht die regelmäßige Überprüfung noch einfacher und effektiver.
Packen Sie’s an – Ihre Maschine wird es Ihnen danken!
Viel Erfolg und heiße Späne!
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Mein Name ist Michael Helle, begeisterter Maschinenbauer und Inhaber von POS. In unserem Blog gibt es wertvolle Tipps für mittelständische CNC Anwender. Von Lohnfertigung bis Sondermaschinenbau: Für jeden ist etwas dabei – egal, ob Sie auf einer POS oder einem anderen CNC Bearbeitungszentrum arbeiten.
Wir sind POS. CNC Fräsmaschinen Hersteller und Produzent leistungsfähiger Bearbeitungszentren engineered in Germany.
Vollausstattung ist unsere Grundausstattung: Wir haben fast alle denkbaren Optionen bereits in der Standardausstattung unserer CNC Bearbeitungszentren.
So sparen Sie teure Nachrüstung –
Das ist POS Maschinenbau mit Reserven: