Präzision vs. Genauigkeit bei der Bearbeitung: Wichtige Unterschiede

Bei der CNC-Bearbeitung geht es um mehr als nur darum, ein bestimmtes Maß einmalig zu erreichen. Es bedeutet, zu wissen, wie nah man am Zielwert ist und wie konstant man diesen Wert halten kann. Genau das beschreibt der Unterschied zwischen Präzision und Genauigkeit in der Bearbeitung.

Ein Prozess kann präzise, aber nicht genau sein. Er kann genau, aber nicht präzise sein. Er kann beides sein, oder keines von beidem. Wer den Unterschied nicht versteht, produziert möglicherweise fehlerhafte Teile. Diese Teile mögen auf dem Papier einwandfrei erscheinen, aber später versagen. Sie können bei der Montage, beim Testen oder im Langzeitbetrieb ausfallen. Dieser Artikel erklärt Präzision und Genauigkeit für den Zerspanungsmechaniker. Er erläutert ihre Bedeutung, ihren Zusammenhang mit Toleranzen und wie man sie misst und verbessert.

Was versteht man unter Präzision und Genauigkeit bei der maschinellen Bearbeitung?

In der Zerspanung beschreibt Präzision die Gleichmäßigkeit von wiederholt gefertigten Teilen. Genauigkeit hingegen beschreibt, wie nah die Messwerte am Sollwert der Zeichnung liegen.

Die Genauigkeit in der Bearbeitung gibt an, ob ein Merkmal den Vorgaben entspricht. Angenommen, eine Welle soll 10,00 mm lang sein. Wenn die Messung 10,00 mm oder sehr nahe daran ergibt, ist der Bearbeitungsprozess genau. Formal (nach ISO 5725-1) kombiniert Genauigkeit Richtigkeit und Präzision. Im Fachjargon bedeutet Genauigkeit jedoch meist “Übereinstimmung mit der Zeichnung”.“

Präzision in der Zerspanung bedeutet Wiederholgenauigkeit. Stellen Sie sich vor, Sie bearbeiten viele Wellen. Wenn alle Wellen innerhalb weniger Mikrometer voneinander abweichen, ist der Prozess präzise. Dies gilt selbst dann, wenn die Wellen alle geringfügig vom Sollmaß abweichen. Präzision berücksichtigt die zufälligen Schwankungen in einem Prozess. Dazu gehören kleine Abweichungen beim Werkzeugeingriff, der Spanabnahme oder Vibrationen.

Hier ist eine einfache Eselsbrücke:

Präzision vs. Genauigkeit

Präzision und Genauigkeit haben unterschiedliche Schwerpunkte. Präzision betrachtet die Streuung der Ergebnisse, Genauigkeit hingegen die Abweichung vom Zielwert. Eine Vermischung dieser beiden Konzepte führt zu Fehlentscheidungen im Entscheidungsprozess.

Aus Sicht der Fehleranalyse wird die Präzision durch zufällige Fehler beeinflusst. Dabei handelt es sich um kleine, unvorhersehbare Änderungen der Schnittkräfte, des Werkzeugverschleißes oder der Temperatur. Sie variieren von Zyklus zu Zyklus. Die Genauigkeit wird durch systematische Fehler beeinflusst. Dies können beispielsweise ein falscher Werkzeugversatz oder eine verschlissene Referenzfläche sein. Diese Fehler verschieben alle Ergebnisse um einen ähnlichen Betrag.

Zur Messung benötigt man eine Reihe von Messungen, um die Präzision zu überprüfen. Man benötigt viele Teile, um die Streuung der Ergebnisse zu beurteilen. Die Genauigkeit lässt sich mit einer einzelnen Messung überprüfen, indem man sie mit dem Sollwert vergleicht. In der Praxis verwenden wir häufig den Mittelwert mehrerer Messwerte.

Ein häufiger Fehler ist die Verwendung des Begriffs “Hochpräzisionsbearbeitung”, wenn eigentlich “hohe Genauigkeit innerhalb enger Toleranzen” gemeint ist. Ein Prozess kann sehr wiederholgenau sein (hohe Präzision). Er kann aber dennoch jedes Mal um 0,05 mm zu klein ausfallen (geringe Genauigkeit). Dies ist problematisch, wenn die Toleranz nur ±0,02 mm beträgt.

Wie Präzision, Genauigkeit und Toleranz bei der CNC-Bearbeitung zusammenwirken

Präzision, Genauigkeit und Toleranz hängen zusammen. Sie beschreiben, welche Abweichung zulässig ist, wie nahe man am Zielwert liegt und wie konstant man diesen Wert einhält.

• CNC-Toleranz Das ist das, was die Zeichnung zulässt. Es ist der zulässige Bereich um den Zielwert.
• Die Genauigkeit beschreibt, wo sich Ihr Prozess innerhalb dieses Toleranzbereichs befindet.
• Die Präzision beschreibt die Streuung Ihres Prozesses. Sie zeigt, wie stark die Teile um ihren Mittelwert variieren.

Bei jeder Bearbeitungskomponente bedeutet eine gute Fertigung zwei Dinge:

• Der gemessene Mittelwert liegt sehr nahe am Zielwert (hohe Genauigkeit).
• Die Streuung der Messwerte ist im Vergleich zur Toleranz gering (hohe Präzision).

Prozesstechnisch gesehen entspricht Präzision der Standardabweichung σ (Sigma). Genauigkeit beschreibt die mittlere Abweichung vom Zielwert. Beides muss kontrolliert werden. Dadurch bleibt der Prozess innerhalb der Toleranz, ohne dass ständiges Sortieren und Nachbearbeiten erforderlich sind.

Typische Toleranzbeispiele bei bearbeiteten Merkmalen

Ein einfaches Wellenbeispiel verdeutlicht den Zusammenhang:

• Nenndurchmesser: 10,00 mm
• Toleranz: ±0,02 mm → akzeptabler Bereich ist 9,98–10,02 mm

Betrachten Sie nun drei verschiedene Ergebnisse aus einem CNC-Drehverfahren:

• Der durchschnittliche Durchmesser beträgt 10,00 mm. Fast alle Teile liegen zwischen 9,995–10,005 mm. Der Prozess ist genau und präzise. Innerhalb der Toleranzgrenzen ist ausreichend Spielraum vorhanden.
• Der durchschnittliche Durchmesser beträgt 9,97 mm. Die Teile liegen zwischen 9,965–9,975 mm. Der Prozess ist präzise, aber nicht genau. Alle Teile sind zu klein, obwohl sie sehr gleichmäßig sind.
• Der durchschnittliche Durchmesser beträgt 10,00 mm. Die Teile reichen jedoch von 9,97–10,03 mm. Der Prozess ist Im Durchschnitt genau, aber nicht präzise. Viele Teile werden auf beiden Seiten außerhalb der Toleranz liegen.

Wenn Sie engere Toleranzen fordern, verlangen Sie eine höhere Präzision und Genauigkeit. Das kostet in der Regel mehr.

Präzisions- vs. Genauigkeits-Maschinenteile

Am besten lernt man Präzision und Genauigkeit kennen, indem man sich die vier klassischen Kombinationen ansieht. Wir können sie mit realen Situationen in der Werkstatt in Verbindung bringen.

Präzise und genau

Ein Prozess ist präzise und genau, wenn die Messungen eng beieinander liegen und auf den Zielwert zentriert sind.

Stellen Sie sich eine CNC-Fräse vor, die eine 20,00 mm tiefe Tasche fräst. Die Toleranz beträgt ±0,01 mm. Die Messwerte der Teile lauten 20,00 mm, 20,01 mm, 19,99 mm und 20,00 mm. Alle Werte liegen sehr nahe bei 20,00 mm und zueinander. Werkzeuge, Vorrichtungen, Korrekturen und Temperatur sind optimal eingestellt. Dies ist der Idealzustand. Die Teile passen, die Montage ist einfach und der Ausschuss gering.

Präzise, aber nicht genau

Ein Prozess ist präzise, aber nicht genau, wenn die Ergebnisse zwar konsistent sind, aber vom Ziel abweichen.

Beispielsweise sollte eine Welle 15,00 ±0,02 mm messen. Die Messungen ergaben jedoch Werte von 14,94, 14,95, 14,94 und 14,95 mm. Die Streuung ist sehr gering, die Präzision also hoch. Dennoch liegen alle Teile unterhalb der unteren Toleranzgrenze. Dies wird häufig durch falsche Werkzeugkorrekturen oder eine fehlerhafte Werkstückkoordinateneinstellung verursacht. Um die Genauigkeit zu verbessern, muss hier eine systematische Abweichung beseitigt werden, nicht nur zufällige Schwankungen bekämpft werden.

Genau, aber nicht präzise

Ein Prozess ist genau, aber nicht präzise, wenn das Durchschnittsergebnis nahe am Zielwert liegt, die einzelnen Ergebnisse jedoch stark voneinander abweichen.

Angenommen, ein Bohrloch soll einen Durchmesser von 8,00 ± 0,05 mm haben. Die Messwerte betragen 7,95, 8,03, 7,98, 8,05 und 7,99 mm. Der Mittelwert liegt nahe bei 8,00 mm, der Prozess ist also im Durchschnitt genau. Die große Streuung deutet jedoch auf eine geringe Präzision hin. Dies kann durch eine instabile Einspannung, eine ungleichmäßige Vorschubgeschwindigkeit oder Vibrationen verursacht werden. Sie bestehen möglicherweise eine erste Prüfung, aber Ihre langfristigen Ergebnisse werden unbefriedigend sein.

Weder präzise noch genau

Ein Prozess ist weder präzise noch genau, wenn die Ergebnisse verstreut sind und weit vom Ziel entfernt liegen.

Ein Sollmaß sollte 50,00 ± 0,05 mm betragen. Ihre Messwerte liegen jedoch bei 49,80, 49,92, 50,10, 49,85 und 50,05 mm. Der Prozess weist sowohl einen mittleren Fehler als auch eine große Streuung auf. Dies deutet in der Regel auf größere Probleme hin. Möglicherweise sind Maschinenteile verschlissen, die Vorrichtungen fehlerhaft oder es liegt ein schwerwiegender Einrichtungsfehler vor. In diesem Stadium geht es nicht um Feinabstimmung, sondern um die Fehlersuche in einem außer Kontrolle geratenen Prozess.

Wie lässt sich Präzision und Genauigkeit im Bearbeitungsprozess messen?

Um die Präzision und Genauigkeit Ihrer Arbeit zu beurteilen, müssen Sie die Maße überprüfen und die Wiederholgenauigkeit kontrollieren. Vergleichen Sie die Ergebnisse außerdem mit Ihren Zielvorgaben und deren Toleranzen.

Systeme zur Dimensionsprüfung und -messung

Die Dimensionsprüfung liefert Ihnen die Daten zur Überprüfung von Präzision und Genauigkeit.

Gängige Messgeräte sind Messschieber, Mikrometer, Bohrungslehren und Koordinatenmessgeräte (KMG). Für Messungen wie die Oberflächenrauheit werden andere Werkzeuge verwendet. Das Vorgehen ist jedoch dasselbe: Man erfasst die Messwerte und vergleicht sie mit dem Zielwert. Ein zuverlässiges Messsystem ist unerlässlich. Unzureichende Werkzeuge oder Methoden verschleiern den wahren Zustand des Prozesses.

Wiederholbarkeits-/Reproduzierbarkeitsprüfungen für Präzision

Die Präzision lässt sich mit Wiederholbarkeits- und Reproduzierbarkeitsstudien (R&R-Studien) überprüfen.

• Die Wiederholbarkeit prüft die Streuung, indem dieselbe Person dasselbe Bauteil wiederholt mit demselben Werkzeug misst. Geringe Streuung bedeutet gute Wiederholbarkeit.
• Die Reproduzierbarkeit prüft die Abweichungen, die bei Verwendung unterschiedlicher Personen, Maschinen oder Versuchsaufbauten auftreten. Bleiben die Ergebnisse ähnlich, ist der Prozess reproduzierbar.

Sie können auch die Standardabweichung Ihrer Messwerte berechnen. Regelkarten zeigen zudem, wie eng die Datenpunkte beieinander liegen. Ein schmales, stabiles Band bedeutet eine gute Präzision. Ein breites oder schwankendes Band deutet auf ein Problem mit zufälligen Schwankungen hin.

Vergleich mit Nennwerten und Toleranzwerten für die Genauigkeit

Die Genauigkeit wird überprüft, indem die Messwerte mit dem Sollwert und dessen Toleranz verglichen werden.

Für eine Dimension lässt sich der Fehler ermitteln:

Fehler = Messwert − Nennwert

Oder Sie können es als Prozentsatz angeben:

Genauigkeit (%) = (1 − |Gemessen − Soll| / Toleranzbereich) × 100%

In der Praxis prüfen wir, wie der Mittelwert mehrerer Messungen innerhalb der Toleranz liegt. Liegt der Mittelwert nahe am Zielwert, ist die Genauigkeit gut. Weicht der Mittelwert jedoch zur Seite ab, liegt ein systematischer Fehler vor. Dieser muss durch Kalibrierung oder Offset-Änderungen korrigiert werden.

Wie man Präzision und Genauigkeit bei der CNC-Bearbeitung verbessert

Die Verbesserung von Präzision und Genauigkeit erfordert unterschiedliche Maßnahmen. Durch die Reduzierung von Abweichungen wird die Präzision erhöht. Durch die Beseitigung von systematischen Fehlern wird die Genauigkeit verbessert. Diese Schritte sind bei der 5-Achs-CNC-Bearbeitung, wo enge Spezifikationen oft unerlässlich sind, besonders wichtig.

Steuerung von Maschinen, Werkzeugen und Vorrichtungen für höhere Präzision

Um die Präzision zu verbessern, konzentriert man sich darauf, den Prozess stabil und wiederholbar zu gestalten.

Zu den wichtigsten Maßnahmen gehören:

• Die Maschine muss so gewartet werden, dass Spiel und Rückschläge vermieden werden.
• Gutes verwenden Vorrichtung Das Teil wird also jedes Mal gleich gehalten. Dadurch werden Bewegung und Vibration reduziert.
• Standardisierung der Schnittparameter wie Vorschub und Drehzahl. Dadurch bleiben die Schnittkräfte in jedem Zyklus ähnlich.
• Werkzeugverschleiß mit einem klaren Plan managen. Werkzeuge austauschen, bevor sie ausfallen.

Ziel ist es, jeden Zyklus dem vorherigen möglichst ähnlich zu gestalten. Dadurch werden zufällige Änderungen im letzten Teil minimiert.

Kalibrierung, Kompensation und Umgebungskontrolle für höhere Genauigkeit

Um die Genauigkeit zu verbessern, konzentrieren Sie sich darauf, wie nahe Ihr Prozess am Zielwert liegt.

Zu den praktischen Schritten gehören:

• Regelmäßige Kalibrierung von CNC-Maschinen und Messwerkzeugen. Dadurch werden systematische Fehler beseitigt.
• Werkzeug- und Werkstücknullpunkte korrekt einstellen und prüfen. Dies sollte nach Werkzeugwechseln oder Vorrichtungsjustierungen erfolgen.
• Mithilfe von Kompensationsfunktionen der Maschinensteuerung. Beispiele hierfür sind Werkzeugverschleiß- und Temperaturkompensation.
• Kontrollfaktoren wie die Temperatur. Bei kritischen Aufträgen sollte die Maschine und das Werkstück vor dem endgültigen Schnitt stabilisiert werden.

Diese Maßnahmen reduzieren systematische Fehler. Sie führen dazu, dass der Durchschnittswert Ihres Prozesses wieder dem Zielwert entspricht.

Ausgewogenheit zwischen erforderlicher Qualität, Kosten und Zykluszeit

Ingenieure und Planer müssen sich eine wichtige Frage stellen. Es geht nicht nur darum, “wie gut wir sein können”, sondern auch darum, “wie gut wir sein müssen”.”

Engere Toleranzen erfordern bessere Maschinen, Werkzeuge und Prüfverfahren. Sie bedeuten oft eine geringere Ausbringungsmenge. Eine einfache Halterung kann mit einer Toleranz von ±0,1 mm gut funktionieren. Die Angabe von ±0,01 mm erhöht lediglich die Kosten, nicht den Wert. Der beste Ansatz ist:

• Legen Sie Toleranzen fest, die für die Funktion ausreichend eng, aber nicht enger sind.
• Die Zeichnungstoleranzen an die realistischen CNC-Fähigkeiten anpassen – einschließlich derer von CNC-Bearbeitung 5-Achsen.
• Extrem enge Toleranzen sollten für kritische Merkmale, nicht für ganze Bauteile, verwendet werden.

Abschluss

In CNC-Bearbeitung, Präzision und Genauigkeit sind unterschiedliche Instrumente zur Qualitätskontrolle. Präzision gibt Auskunft darüber, ob ein Prozess konsistent ist. Genauigkeit gibt Auskunft darüber, ob er korrekt ist. Toleranzen definieren, wie groß der zulässige Fehler ist.

Wer nur auf Genauigkeit achtet, trifft zwar manchmal ins Schwarze, hat aber mit Ausschuss zu kämpfen. Wer sich nur auf Präzision konzentriert, produziert hingegen oft sehr viel Ausschuss. Indem man beides misst und die Ursachen behebt, lassen sich stabile, leistungsfähige und kosteneffiziente Bearbeitungsprozesse entwickeln.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein Bearbeitungsprozess präzise, aber gleichzeitig ungenau sein?

Ja. Ein Prozess ist zwar präzise, aber ungenau, wenn er zwar konstante, aber dennoch fehlerhafte Ergebnisse liefert. Dies geschieht, wenn Werkzeugkorrekturen oder Werkstückkoordinaten einen systematischen Fehler aufweisen. Beispielsweise ist jedes Teil 0,03 mm zu klein, aber alle Teile sind sehr ähnlich. Die Lösung besteht darin, eine Korrektur vorzunehmen, anstatt gegen zufällige Änderungen anzukämpfen.

Was ist bei der CNC-Bearbeitung wichtiger, Präzision oder Genauigkeit?

Keines von beiden ist immer wichtiger. Man benötigt ausreichend von beidem, um innerhalb der Toleranz zu bleiben. Bei Schlüsselteilen ist Genauigkeit entscheidend, damit sie der Konstruktionsvorgabe entsprechen. Präzision ist unerlässlich für die Konsistenz über verschiedene Chargen hinweg. Ein effizienter Prozess stellt zunächst die richtige Genauigkeit sicher und verbessert anschließend die Präzision, um Ausschuss zu reduzieren.

Woran kann ich erkennen, ob ich ein Präzisionsproblem oder ein Genauigkeitsproblem habe?

Sie haben ein Genauigkeitsproblem, wenn Ihre Daten eng beieinander liegen, aber nicht zentriert um den Zielwert sind. Sie haben ein Präzisionsproblem, wenn der Mittelwert nahe am Zielwert liegt, die Daten aber weit gestreut sind. Die Darstellung der Messwerte in einem Diagramm verdeutlicht dies. Ein schmales, aber verschobenes Band deutet auf ein Genauigkeitsproblem hin. Ein breites, auf den Zielwert zentriertes Band deutet auf ein Präzisionsproblem hin.

Wie beeinflussen Präzision, Genauigkeit und Toleranz die Teilekosten?

Engere Toleranzen erfordern höhere Präzision und Genauigkeit, was fast immer die Kosten erhöht. Um diese zu erreichen, sind unter Umständen bessere Maschinen, Werkzeuge und mehr Prüfzeit nötig. Werden zu enge Toleranzen festgelegt, verteuert sich der Auftrag, ohne dass die Funktion verbessert wird. Toleranzen sollten sich an den tatsächlichen Anforderungen orientieren.

Führt eine bessere Messung automatisch zu mehr Präzision und Genauigkeit?

Nein, bessere Messungen beheben nicht den Bearbeitungsprozess an sich. Sie machen Probleme aber früher sichtbar. Gute, kalibrierte Werkzeuge helfen, den Unterschied zwischen Präzisions- und Genauigkeitsproblemen zu erkennen. Sie ermöglichen es, Veränderungen zu messen und die Wirksamkeit von Korrekturen zu überprüfen. Um die Ergebnisse jedoch tatsächlich zu verbessern, müssen Maschine, Werkzeuge und Prozess weiterhin angepasst werden.