Montageblöcke sind eine Frage der Geometrie, nicht der Komplexität
Ich habe gehört, wie Montageblöcke als einfachste CNC-Arbeit der Werkstatt bezeichnet werden, gewöhnlich von jemandem, der noch nie 0,02 mm Rechtwinkligkeit über alle sechs Flächen in einer Serienfertigung einhalten musste. Der Block selbst ist nicht komplex. Es ist ein Quader mit einigen Bohrungen und eventuell einer Tasche. Die Schwierigkeit liegt darin, dass jede Fläche als Datum für etwas dient. Wenn Fläche A um 0,03 mm außerhalb der Rechtwinkligkeit zu Fläche B liegt, erbt jedes Merkmal, das an diesen Flächen montiert wird, diesen Fehler.
Meine Faustregel: Primär-, Sekundär- und Tertiärdatum aus der Zeichnung festlegen, bevor das Rohteil auch nur berührt wird. Bei den meisten Montageblöcken ist das Primärdatum die Grundfläche (Montagefläche), das Sekundärdatum eine Seitenfläche, die an eine Führung oder Referenzkante stößt, und das Tertiärdatum eine Stirnfläche. Jede Bohrung, Nut und Tasche wird von diesen drei Flächen aus bemaßt – nicht von den Rohkanten.
Sechs-Seiten-Bearbeitung: Die Aufspannfolge, die funktioniert
Der Standardansatz für einen präzisen Montageblock auf einem 3-Achs-BAZ sind vier Aufspannungen: Zuerst die Grundfläche und zwei anliegende Seitenflächen zur Festlegung des Bezugssystems bearbeiten, dann umspannen auf die fertige Grundfläche, gegen die fertigen Seiten- und Stirnflächen spannen und Ober- sowie verbleibende Seiten parallel und rechtwinklig bearbeiten, anschließend zurückkehren für Seitenbohrungen oder Merkmale in anderen Winkeln. Eine 5-Achs-Maschine oder ein Mehrfachspannsystem auf einem Horizontal-BAZ kann das auf zwei oder drei Aufspannungen reduzieren, aber das Prinzip bleibt: Datumsflächen zuerst festlegen, dann alle anderen Merkmale von dort aus fertigen.
- Op 1: Grundfläche planen, eine anliegende Seiten- und eine Stirnfläche fertigen; diese drei Flächen definieren das Bezugssystem
- Op 2: Auf die fertige Grundfläche legen, gegen die fertige Seiten- und Stirnfläche spannen, dann Ober- und verbleibende Seiten planen
- Op 3: Alle Merkmale von oben bohren/gewindeschneiden/ausspindeln, bezogen auf die festgelegten Daten
- Op 4: Seitenmerkmale – Bohrungen, Gewinde oder Fräsungen von den Seiten aus, wiederum bezogen auf die Datumsflächen
- Auf allen Flächen 0,2-0,3 mm Aufmass für den Schlichtschnitt lassen, nachdem Schruppschnitte innere Spannungen abgebaut haben
Rechtwinkligkeit und Parallelität: Was realistisch ist
| Blockgröße | Rechtwinkligkeit (angrenzende Flächen) | Parallelität (gegenüberliegende Flächen) | Ebenheit (Montagefläche) |
|---|---|---|---|
| Unter 50 mm Kantenlänge | 0,01 mm | 0,01 mm | 0,005 mm |
| 50-150 mm | 0,015-0,02 mm | 0,02 mm | 0,01 mm |
| 150-300 mm | 0,02-0,03 mm | 0,02-0,03 mm | 0,015 mm |
| Über 300 mm | 0,03-0,05 mm | 0,03-0,05 mm | 0,02 mm |
Diese Werte setzen eine gute Maschine (DMG-MORI-Klasse) mit richtig ausgerichtetem Schraubstock und fest gespanntem Werkstück voraus. Ein Schraubstock, der bei einem 100-mm-Block um 0,02 mm schief steht, erzeugt an jedem Teil dieser Charge eine 0,02-mm-Rechtwinkligkeitsabweichung. Ich prüfe die Schraubstockausrichtung vor jedem Serienstart von Montageblöcken und plane die feste Backe mit einem Schaftfräser, um eine saubere Referenz zu schaffen.
Gewindebohrungen: Tiefe und Gewindeeinschraublänge
Der häufigste Zeichnungsfehler, der mir bei Montageblöcken begegnet, sind zu tief gerufene Gewindebohrungen für den Werkstoff. In Aluminium reichen 1,5xD Gewindeeinschraublänge für die meisten Montagelasten; in Stahl sind 1,0-1,2xD üblich. Eine Forderung nach 2,5xD in einer Sacklochbohrung steigert das Gewindebohrer-Bruchrisiko, ohne die Verbindung zu verbessern.
Immer Freiraum am Grund einer Sackloch-Gewindebohrung lassen: mindestens 0,5 mm für kleine Gewinde (M3-M6), mindestens eine Gewindesteigung bei größeren Abmessungen. Ein Grundloch-Gewindebohrer erzeugt keine vollen Gewindegänge bis zum Bohrungsgrund, und eine Schraube in ein unvollständig geschnittenes Gewinde zu zwängen, ist die Art, wie man einen Schraubenbolzen in einem fast fertigen Block abbricht.
Spannungsarmglühen verhindert Maänderung nach der Bearbeitung
Ich habe erlebt, dass sich 200-mm-Blöcke aus Aluminium 6061 nach der Bearbeitung über ein Wochenende um 0,08 mm verändert haben, weil innere Spannungen im stranggepressten Rohteil durch den Materialabtrag freigesetzt wurden. Die Lösung besteht darin, für Blöcke über 100 mm Kantenlänge spannungsarm geglühtes Material vorzugeben (6061-T651 statt -T6). Wenn die Zeichnung es zulässt, schruppe ich den Block auf Übermaß, lasse ihn 48 Stunden natürlich entspannen und fertige dann die Schlichtschnitte. Für Stahlblöcke ist ein richtiges Spannungsarmglühen nach dem Schruppen eine preiswerte Absicherung.
Prüfung: Das prüfen, was zählt
Bei einem Montageblock prüfe ich am KMG zuerst das Bezugssystem: Rechtwinkligkeit und Parallelität der drei Hauptflächen. Wenn diese nicht stimmen, sind die Bohrungspositionen unerheblich. Anschließend verifiziere ich die Bohrungspositionen relativ zu den Daten (nicht zueinander) und die Gewindetiefe mit einem Grenzlehrdorn oder Gewindelehrdorn.
Frequently Asked Questions
Welche Rechtwinkligkeit kann ich von einem gefertigten Montageblock erwarten?
Bei einem 100-mm-Block auf einem guten BAZ mit ausgerichtetem Schraubstock sind 0,015-0,02 mm zwischen angrenzenden Flächen Standard. Auf einer 5-Achs-Maschine in einer Aufspannung ist Rechtwinkligkeit unter 0,01 mm erreichbar.
Sollte ich 6061-T6 oder 6061-T651 für Montageblöcke spezifizieren?
6061-T651 ist durch Recken spannungsarm und verzieht sich nach der Bearbeitung deutlich weniger. Für Blöcke über 100 mm oder Präzisionsanwendungen ist T651 die bessere Wahl. Kleine Blöcke unter 50 mm sind in T6 meistens unproblematisch.
Wie tief sollten Gewindebohrungen in einem Montageblock sein?
1,5xD in Aluminium, 1,0-1,2xD in Stahl. Immer mindestens 0,5 mm Freiraum unter den vollen Gewindegängen lassen. Tiefere Gewinde steigern das Bohrerrisiko ohne nennenswerten Festigkeitsgewinn.
Können Passstiftbohrungen in einen Montageblock eingebracht werden?
Ja. Passstiftbohrungen (üblicherweise H7-Toleranz) sollten ausgespindelt oder gerieben werden, nicht nur gebohrt, und sie müssen von denselben Datumsflächen wie die übrigen Merkmale bemaßt werden, um wiederholbare Ausrichtung zu gewährleisten.
Wie viele Aufspannungen braucht eine sechsseitig bearbeitete Block?
Üblicherweise 3-4 Aufspannungen auf einem 3-Achs-BAZ oder 1-2 auf einer 5-Achs-Maschine. Die Datumsflächen werden immer zuerst festgelegt, dann alle anderen Merkmale von dort aus referenziert.