Fertigungstoleranzen als Fehlerquelle in der CAD/CAM-Kette

Für die Fertigung sind die geforderten Maßtoleranzen wichtige Informationen. Doch bei der Verwendung unterschiedlicher Systeme für CAD und CAM gehen diese Angaben leicht verloren. Lesen Sie, wo dieser Informationsverlust auftritt – und, vor allem, warum ein integriertes CAD/CAM-System die typischen Fehler bei Toleranzen vermeidet.

So entstehen Fehler bei Fertigungstoleranzen

Von der Einhaltung der Maßtoleranzen und Lagetoleranzen hängt oft die Funktionsfähigkeit eines Produktes ab. Zu unterscheiden ist zwischen zwei Arten von Toleranzen: symmetrischen und asymmetrischen. Abweichungen in der Fertigung sind in der Regel symmetrisch. Die gewünschten Fertigungstoleranzen lassen sich einhalten durch die Wahl eines hinreichend genauen Verfahrens. Dazu gehören zum Beispiel angemessen präzise Maschinen, das Einmessen der Werkzeuge und die Berücksichtigung von Schneidkräften. 

Bei unsymmetrischen Maß-, Lage- und Formtoleranzen ist hingegen das Modell vor der Programmierung anzupassen. Dabei sind die Nennmaße so zu verändern, dass sie der Mitte des Toleranzbandes entsprechen. Die zuvor asymmetrische Toleranz wird so in eine fertigungsgerechte symmetrische Toleranz übertragen. 

Trotz ihrer großen Bedeutung werden Toleranzen oft stiefmütterlich behandelt. Denn es gibt keine genormte Systematik, wie Toleranzen ausgelegt, gespeichert und verarbeitet werden sollen. 

 

1. Fehlerquelle: Toleranzangaben stehen nur in der Zeichnung

Oft werden Fertigungstoleranzen in technische Zeichnungen eingetragen. Diese Zeichnungen werden nur für menschliche Leser erstellt – für ein CAD- oder CAM-System haben sie keine Bedeutung. Die Toleranzen und andere Informationen aus den Zeichnungen werden in der Arbeitsvorbereitung und an anderen Stellen im Prozess verarbeitet und erneut manuell übertragen. Dabei ergeben sich immer wieder Möglichkeiten für Fehlinterpretationen und Irrtümer. Die initialen Zeichnungen sind dennoch in der Regel die rechtlich verbindlichen Dokumente für die Herstellung oder Abnahme eines Bauteils oder eines fertigen Produktes. Denn es gibt bisher keine standardisierte Methode, um diese Informationen digital und durchgängig zu verarbeiten.

 

Fehlinterpretationen ergeben sich dadurch, dass nicht klar ist, welche Elemente der Form sich verändern dürfen, wie an diesem Beispiel zu sehen ist:

CAD-CAM-Toleranzen

Bei diesem Teil mit einer Nut ist z. B. nicht klar definiert, ob die Nut symmetrisch zur Bauteilmitte breiter sein darf, oder ob sich nur die rechte oder linke Seite bewegen darf. Klarheit wird durch Hinzufügen weiterer Maße geschaffen:

CAD-CAM-Toleranzen

Nun ist für einen menschlichen Leser klar, dass die Nut auf der rechten Seite breiter werden darf, links jedoch das Maß von 45 mm einzuhalten ist. Wieder anders ist es hier:

CAD-CAM-Toleranzen

In dieser Zeichnung deutet eine Mittelachse an, dass das Teil symmetrisch gemeint ist und sich die Toleranz symmetrisch ausprägen sollte. Wichtig ist: All das interpretiert ein Mensch in die Zeichnung hinein. Die Information ist nicht für das System zwecks automatisierter Auswertung verfügbar.

 

2. Fehlerquelle: Toleranzen werden nur einzeln betrachtet

Weil die Information nicht im 3D-Modell vorliegt, ist es für den Konstrukteur entweder nicht möglich oder schwierig, eine Toleranzanalyse für Baugruppen durchzuführen. Für korrekte Toleranzberechnung ist es jedoch erforderlich, am virtuellen Modell unterschiedliche Szenarien mit Kollisionskontrolle durchzuspielen. In ungünstigen Fällen würden sich mögliche Blockaden zeigen und der Konstrukteur kann bei Bedarf die Toleranzen anpassen.

Wenn das nicht möglich ist, planen Konstrukteure statt einer umfassenden Toleranzrechnung häufig sehr enge Toleranzen ein, ähnlich dem bekannten “Angst-Zuschlag” bei Materialstärken. Enge Toleranzen treiben jedoch die Fertigungskosten enorm.

TopSolid bietet die Möglichkeit, Toleranzen für Maße und Lagen definiert am Modell zu hinterlegen und diese Szenarien durchzuspielen. Damit lässt sich die Toleranzanalyse für Baugruppen einfach durchführen. Damit besteht für Konstrukteure keine Veranlassung, Sicherheitsreserven durch kostspielige enge Toleranzen zu schaffen.

 

3. Fehlerquelle: Die Fertigung muss sich aus dem Nennmaß-Modell ein Mittelmaß-Modell bauen

Wenn die Fertigung Toleranzen einhalten soll, muss die Geometrie des zu bearbeitenden Modells so angepasst werden, dass alle Maße des Bauteils in der Mitte ihres jeweiligen Toleranzbandes liegen. Man spricht vom Mittelmaß-Modell:

CAD-CAM-Toleranzen

Dieses Modell sollte für die CAM-Programmierung nicht nur in einer Zeichnung, sondern tatsächlich als 3D-Modell vorliegen. Sonst entsteht für die Erzeugung des Modells zusätzlicher Konstruktionsaufwand, wobei leicht Fehler entstehen können.

 

Die Lösung: Integrierte CAD/CAM-Software 

Die genannten Fehlerquellen bei Toleranzen entstehen nur, wenn Konstrukteure und Fertigungstechniker diese eigentlich vermeidbaren Arbeiten zu erledigen haben:

  1. Fertigungstoleranzen in Zeichnungen eintragen, ablesen und interpretieren
  2. Toleranzanalysen im Kopf durchführen
  3. Mittelmaß-Modelle neu konstruieren

Diese Schritte und Fehlerquellen entfallen allesamt bei Verwendung einer integrierten CAD/CAM-Software. Denn dort wird das Modell von CAD nach CAM ohne zusätzliche Dateneingabe übertragen. Das verlustfreie Handling von Toleranzen ist einer der vielen Vorteile der integrierten CAD/CAM-Lösung TopSolid, deren Standard-Version alle Funktionen für die Toleranzanalyse bietet. Sie kennen TopSolid noch nicht? Dann entdecken Sie mit unserer kostenfreien Testversion noch heute, wie Datendurchgängigkeit und moderne Fertigungsmethoden Ihre Prozesse noch schneller und sicherer machen können. 

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