Ein Aluminiumtest für eine Desktop-CNC liefert nur dann eine brauchbare Aussage, wenn Geometrie, Material, Werkzeug und Messmethode festgeschrieben sind. Ein einzelnes gefrästes Logo zeigt, dass ein Lauf beendet wurde. Es trennt keine Maßabweichung von Werkzeugdurchmesser, Umkehrspiel, Wärme oder Aufspannung.
Das folgende Protokoll vergleicht Einstellungen auf derselben Maschine und erlaubt später den Vergleich verschiedener Maschinen. Es bewertet Maßhaltigkeit, Oberfläche und Bearbeitungszeit getrennt. Die vorgeschlagenen Testmaße sind ein praktikables Beispiel und können an den verfügbaren Arbeitsraum angepasst werden.
Testkörper und Randbedingungen
Als Rohteil dient eine Platte aus bekannter Aluminiumlegierung und Charge, beispielsweise EN AW-6061 oder eine andere eindeutig bezeichnete, gut verfügbare Legierung. Unbekannte Reststücke verfälschen den Vergleich, weil Festigkeit und Zerspanbarkeit variieren. Alle Versuche einer Reihe nutzen Platten gleicher Dicke und Oberflächenvorbereitung.
Ein Testkörper von 80 × 60 mm enthält vier Merkmale: eine rechteckige Außengeometrie, eine 30 × 20 mm große Tasche, eine 20-mm-Kreisbohrung als gefräste Innenkontur und zwei parallele Stege. Die Tasche bewertet Bodenfläche und Tiefe, Innen- und Außenmaße zeigen Werkzeugkompensation, die Stege machen Richtungs- und Umkehrfehler sichtbar.
| Merkmal | Sollmaß | Messziel |
|---|---|---|
| Außenrechteck | 80,00 × 60,00 mm | Außenmaß, Rechtwinkligkeit, Diagonalen |
| Tasche | 30,00 × 20,00 × 1,00 mm | Innenmaß, Tiefe, Bodenbild |
| Kreis | 20,00 mm | Rundheit über mehrere Messrichtungen |
| Stegabstand | nach Zeichnung, symmetrisch | Wiederholung aus positiver und negativer Anfahrt |
Die CAD-Datei und der postprozessierte G-Code erhalten eine Versionsnummer oder Prüfsumme. Änderungen am Werkzeugweg werden als neuer Test geführt. Damit bleibt nachvollziehbar, ob eine bessere Laufzeit aus Maschinenparametern oder aus einem anderen CAM-Pfad stammt.
Messmittel vorbereiten
Für Außen- und Innenmaße wird ein geeigneter Messschieber verwendet, für Taschentiefe eine Tiefenmessung mit passender Auflage. Eine Messuhr kann Rundlauf, Umkehrverhalten und Ebenheit der Opferplatte prüfen. Das Messmittel wird vor und nach der Reihe an einem bekannten Normal kontrolliert. Auflösung und Messunsicherheit werden im Protokoll getrennt behandelt; eine Anzeige von 0,01 mm garantiert keine Messgenauigkeit von 0,01 mm.
Werkstück und Messmittel dürfen vor der Messung auf eine vergleichbare Temperatur kommen. Mitutoyo weist in Unterlagen zur Messunsicherheit darauf hin, dass kleine Längenmessgeräte wie Messschieber und Mikrometer Nennbedingungen bei 20 °C haben und Temperatur zur Unsicherheit beiträgt. Für einen Werkstatttest genügt oft, Raumtemperatur, Wartezeit und auffällige Erwärmung zu notieren.
- Messflächen werden von Spänen und Graten befreit, ohne die Funktionsfläche nachzuschleifen.
- Jedes Maß wird mindestens dreimal neu angesetzt.
- Innenkreis und Tasche werden in X-, Y- und zwei Diagonalrichtungen gemessen.
- Die messende Person und das Messmittel bleiben innerhalb einer Vergleichsreihe gleich.
- Rohwerte werden notiert; Mittelwert und Spannweite folgen erst in der Auswertung.
Maschine vor dem Schnitt qualifizieren
Vor der Testreihe läuft die Referenzfahrt. Opferplatte und Spannfläche werden auf Sauberkeit und Ebenheit geprüft. Eine Messuhr kontrolliert, ob der Werkstückträger über den Testbereich auffällig steigt oder fällt. Die Spindel wird von Hand gedreht, um groben Rundlauf am eingespannten, sauberen Werkzeugschaft zu erkennen. Die sichere Prüfung folgt dem Maschinenhandbuch.
Der Fräser ist kurz ausgespannt, für Aluminium vorgesehen und für alle Läufe derselben Reihe identisch. Nach sichtbarem Schaden endet seine Vergleichsreihe. Eine neue Schneide wird dokumentiert, weil Werkzeugverschleiß Oberfläche und Maße verändert.
Die Werkstückspannung muss seitliches Verschieben und Anheben verhindern. Klemmen liegen außerhalb von Werkzeug und Halter. Ihre Position wird fotografisch oder in einer Skizze dokumentiert. Unterschiedliche Spannpunkte können eine dünne Platte verschieden verformen und damit Taschentiefe oder Außenmaß beeinflussen.
Schnittdaten als vollständiger Satz
Drehzahl und Vorschub werden zusammen mit Schneidenzahl ausgewertet. Autodesk beschreibt die Vorschubbeziehung als Drehzahl × Spanlast je Zahn × Zahl der Schneiden. Für die reale Maschine beeinflussen zusätzlich Steifigkeit, Werkzeughalter, Spannung, Material und Spindelleistung den nutzbaren Bereich. Ausgangswerte stammen daher vom Werkzeug- und Maschinenhersteller.
Zu jedem Lauf gehören folgende Felder:
- Legierung, Plattendicke und Charge;
- Fräsertyp, Durchmesser, Schneidenzahl, Schneidenlänge und Überstand;
- Spindeldrehzahl, Schnittvorschub, Eintauch- und Rampenvorschub;
- axiale Zustellung, radialer Eingriff und Strategie;
- Schmier- oder Kühlmethode, sofern vom System freigegeben;
- Aufmaß und Parameter des Schlichtgangs;
- Steuerungs-Overrides beim Start und während des Laufs.
Eine Einstellreihe verändert nur einen Hauptfaktor. Zuerst bleibt die Zustellung konstant und der Vorschub wird in kleinen, begründeten Schritten variiert. Danach kann bei einem stabilen Vorschub die Zustellung geprüft werden. Gleichzeitige Änderungen erzeugen zwar schneller neue Ergebnisse, erlauben aber keine klare Ursachenzuordnung.
Ablauf vom Luftschnitt bis zur Zeitmessung
Vor jeder Variante prüft ein Luftschnitt die Grenzen, Klemmenabstände und sichere Z-Höhe. Der Werkstücknullpunkt wird mit derselben Methode gesetzt. Die Zeitmessung beginnt mit dem ersten programmgesteuerten Schnittvorschub und endet nach der letzten Schneidbewegung. Werkzeugwechsel, manuelle Reinigung und Nullpunktsuche werden separat erfasst.
Autodesk berechnet die CAM-Zeit aus Vorschubwegen, Eilgängen und Werkzeugwechseln. Die reale Zeit kann durch Beschleunigung, Steuerungsdurchsatz und manuelle Schritte abweichen. Beide Werte gehören ins Protokoll. Das Verhältnis zeigt, ob die Optimierung des reinen Vorschubs überhaupt einen großen Anteil am gesamten Zyklus erreicht.
Während des Schnitts werden Ton, Spanform, sichtbare Vibration und Spanabfuhr notiert. Aluminiumspäne dürfen sich nicht dauerhaft in einer Nut stauen. Rattern, aufgeschweißtes Material am Werkzeug, Rauch, Werkstückbewegung oder wiederholte Schrittverluste brechen den Lauf ab. Ein abgebrochener Versuch bleibt als Ergebnis im Protokoll.
Maßhaltigkeit auswerten
Für jedes Merkmal wird die Abweichung als Messwert minus Sollmaß berechnet. Mittelwert und Spannweite der Wiederholmessungen werden angegeben. Beim Kreis zeigen unterschiedliche Durchmesser in X und Y eine Richtungsabhängigkeit. Ungleiche Diagonalen am Außenrechteck weisen auf fehlende Rechtwinkligkeit oder Verformung hin.
| Befund | Mögliche Ursache | Nächste isolierte Prüfung |
|---|---|---|
| Innenmaße zu klein, Außenmaße zu groß | effektiver Werkzeugdurchmesser oder Auslenkung | Werkzeug messen, Schlichtaufmaß und Fräsrichtung prüfen |
| X gut, Y deutlich abweichend | Spiel, Skalierung oder Steifigkeit einer Achse | Messuhrtest und Kalibrierweg nur auf Y |
| Taschentiefe schwankt | Spannfläche, Plattenverzug oder Z-Spiel | Ebenheitskarte ohne Schnitt |
| erste und letzte Teile unterscheiden sich | Wärme, Werkzeugverschleiß oder gelockerte Spannung | Reihenfolge umkehren und Werkzeug kontrollieren |
Oberfläche vergleichbar bewerten
Ohne Tastschnittgerät bleibt die Oberflächenbewertung qualitativ. Sie kann dennoch reproduzierbar sein. Alle Teile werden unter gleicher Beleuchtung und aus gleichem Winkel fotografiert. Bewertet werden Boden und Wand getrennt: gleichmäßige Fräsbahnen, Rattermarken, Grat, Aufbauschneide, sichtbare Stufen zwischen Zustellungen und Schmelzspuren.
Eine fünfstufige interne Skala benötigt für jede Stufe ein Referenzteil. Stufe 1 kann starke Rattermarken und Grat bedeuten, Stufe 3 eine funktionale Fläche mit sichtbaren gleichmäßigen Bahnen, Stufe 5 die beste im Versuchsaufbau erzielte Referenz. Diese Skala liefert keinen normierten Ra- oder Rz-Wert. Falls Rauheitswerte gefordert sind, braucht der Test ein geeignetes Messgerät und eine festgelegte Normauswertung.
Entscheidungsregel für die Maschine
Vor Beginn werden Grenzwerte definiert, etwa maximale Maßabweichung, zulässige Spannweite, Mindestoberflächenstufe und höchste Zykluszeit. Eine Variante gilt erst nach mindestens drei vollständigen Wiederholungen als stabil. Das beste Einzelteil gewinnt nicht; entscheidend ist die schlechteste noch akzeptable Wiederholung.
Der resultierende Datensatz zeigt ein Prozessfenster: Parameter, bei denen Maße, Oberfläche und Zeit gemeinsam passen. Liegt kein stabiler Punkt innerhalb der Anforderungen, wird die Maschine für dieses Bauteil nicht qualifiziert. Das ist ein nützliches Testergebnis, weil es Werkzeugbruch und Ausschuss in späteren Projekten verhindert.