Der Preis einer Nachkommastelle: Wie Toleranzen die Kosten von CNC-Teilen bestimmen

Die teuersten Zeichen auf einer technischen Zeichnung sind nicht die Durchmesser oder Längen - es sind die kleinen Vermerke daneben: H7, Ra 0,8, Toleranzklasse "f". Die meisten stehen dort aus Gewohnheit, nicht aus Notwendigkeit - und jeder einzelne löst im Zerspanungsbetrieb eine konkrete, messbare Kostenkette aus. Dieser Artikel zeigt, wie diese Kette funktioniert und welche Toleranzen sich gefahrlos lockern lassen.

Zwei identische Teile, zwei verschiedene Preise

Im klassischen Kalkulationshandbuch, das die SME seit 1968 fortlaufend herausgibt, findet sich ein Beispiel, das über jedem Konstrukteursschreibtisch hängen sollte. Zwei gedrehte Bolzen, auf den ersten Blick identisch - sie unterscheiden sich nur in der Toleranz desselben Durchmessers. Der erste hat eine Toleranz von ±0,05 mm. Der zweite: +0,000/-0,025 mm.

Auf der Zeichnung ist das der Unterschied eines Vermerks. In der Werkhalle sieht der Unterschied so aus:

• der erste Bolzen kann direkt aus kaltgezogenem Stangenmaterial im Lieferzustand gefertigt werden - dessen natürliche Genauigkeit reicht aus, der Durchmesser muss gar nicht bearbeitet werden;
• der zweite Bolzen verlangt Material mit größerem Durchmesser, das Drehen dieses Durchmessers mit einem anderen, langsameren Verfahren und zwei Schnitte - Schruppen und Schlichten -, weil ein Schnitt weder das Maß noch die geforderte Oberflächengüte hält.

Gleiche Geometrie, gleicher Werkstoff, gleiche Funktion in der Maschine - und Zykluszeit und Preis springen. Das ist keine Sturheit des Betriebs. Das ist Physik und Arithmetik.

Woher die Kosten einer Toleranz kommen

Eine Toleranz zu verengen ist nie "gratis", denn sie ändert immer, wie das Teil gefertigt werden muss. Schon 1972 stellte der polnische Autor Romuald Wołk in seinem Handbuch der Zeitnormen für Werkzeugmaschinen nüchtern fest: Für niedrigere Oberflächengüteklassen genügt ein Schnitt mit passendem Vorschub, höhere Klassen verlangen mindestens zwei - einen Schrupp- und einen Schlichtschnitt. Fünfzig Jahre später haben sich die Maschinen geändert; das Prinzip nicht. Wie man Bearbeitungszeiten 1972 berechnete, haben wir hier beschrieben.

Eine engere Toleranz erhöht die Kosten über mehrere Kanäle gleichzeitig:

• mehr Schnitte - das Aufmaß muss stufenweise herunter, mit abnehmender Schnitttiefe;
• langsamere Parameter - Schlichtschnitte laufen mit niedrigeren Vorschüben;
• zusätzliche Operationen - Reiben, Feinbohren, Schleifen, Honen; oft eine eigene Aufspannung, ein eigenes Werkzeug, manchmal eine eigene Maschine;
• mehr Messen - ein toleriertes Maß muss geprüft werden, mitunter an jedem Stück;
• höheres Ausschussrisiko - je enger das Toleranzfeld, desto leichter fällt man heraus, und die Ausschusskosten verteilen sich auf die Gutteile.

Das SME-Handbuch verdichtet das zu einem Satz, der wörtlich zitiert gehört: die Bearbeitung auf ein Minimum beschränken und die Toleranzen so locker halten, wie es die Anforderungen erlauben.

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Ebene 1: Allgemeintoleranzen nach ISO 2768

Der Vermerk "ISO 2768-mK" im Schriftfeld gilt für jedes Maß ohne individuelle Toleranz - typischerweise 90 % der Maße am Teil. Der Buchstabe definiert die Genauigkeitsklasse für Längenmaße:

Für CNC-Fräsen und -Drehen ist Klasse m der natürliche Standard - eine Maschine in gutem Zustand hält sie ohne besonderen Aufwand. Klasse f für das ganze Teil bedeutet, dass jedes Maß, auch das funktionslose, enger gefertigt und geprüft werden muss: sorgfältigere Schlichtschnitte, mehr Messen, weniger Reserve für Werkzeugverschleiß. Man bezahlt Präzision auf Flächen, die nie etwas berühren wird.

Die praktische Regel: Allgemeintoleranz m, engere Angaben nur an den konkreten Maßen, die sie wirklich brauchen.

Ebene 2: Bohrungspassungen nach ISO 286

Das Symbol neben einer Bohrung - H11, H9, H7 - ist keine Kosmetik, sondern die Wahl eines Fertigungsverfahrens. Jede Stufe die Leiter hinab bedeutet ein engeres Toleranzfeld und meist eine zusätzliche Operation. Für eine Bohrung Ø10 mm sieht das so aus:

H7 ist gerechtfertigt, wo die Bohrung mit einem Lager, einer Buchse oder einem Passstift zusammenarbeitet. Aber H7 "auf Autopilot" an Durchgangsbohrungen für Schrauben ist das klassische Merkmal einer teuren Zeichnung: Eine M8-Schraube in einer Ø9-Bohrung wird den Unterschied zwischen H7 und der Allgemeintoleranz nie bemerken - das Angebot schon.

Ebene 3: Oberflächenrauheit Ra

Rauheit funktioniert wie Passungen - jede Schwelle bedeutet eine weitere Operation, nicht bloß eine "schönere Oberfläche". In der Fräs- und Drehpraxis: Ra 3,2 ist das Standardergebnis ordentlicher Bearbeitung; Ra 1,6 verlangt sorgfältige Schlichtschnitte; Ra 0,8 bedeutet langsame Vorschübe und gute Bedingungen; Ra 0,4 und darunter heißt in der Regel Schleifen - eine eigene Maschine, eine eigene Aufspannung und Zusatzkosten, die oft höher liegen als die gesamte vorherige Bearbeitung dieser Fläche. Eine niedrige "globale" Rauheit im Schriftfeld wirkt als Multiplikator auf das ganze Teil.

Die Hauptregel: Nur tolerieren, was etwas berührt

Verdichten wir alles zu einer Checkliste, die man vor dem Versand einer Zeichnung zur Anfrage durchgehen kann:

1. Ist die Allgemeintoleranz Klasse m (nicht f) - und muss sie wirklich etwas anderes sein?
2. Beschreibt jedes individuell tolerierte Maß eine Fläche, die mit etwas zusammenarbeitet - passt, führt, dichtet, positioniert?
3. Stehen Passungen (H7 usw.) nur an Funktionsbohrungen, nicht an Durchgangsbohrungen für Schrauben?
4. Ist niedrige Rauheit auf Gleit-, Dicht- und Kontaktflächen beschränkt?
5. Kannst du den Grund für die engste Toleranz der Zeichnung laut aussprechen?

Zu den eisernen Regeln der Kalkulation zählt das SME-Handbuch, die geforderten Toleranzen sorgfältig zu prüfen - und bei fehlenden oder zweifelhaften bei der Konstruktion nachzufragen. Ein guter Zerspanungsbetrieb tut genau dasselbe: Er fragt, ob H7 an zehn Bohrungen eine Anforderung oder eine Gewohnheit ist. Bei einem mittelgroßen Teil kann das Lockern von zwei, drei unnötigen Toleranzen den Preis um Dutzende Prozent senken - ohne jede Funktionsänderung.

Am schnellsten sieht man es live: In der MetronQ-Kalkulation klickt der Kunde eine Fläche am 3D-Modell an, verengt ihre Toleranz und sieht sofort die Preisänderung. Es gibt keine bessere Lektion über die Kosten von Toleranzen als einen Regler, der sie in Echtzeit in Geld umrechnet.

PS Wer wissen will, was eine solche automatisierte Kalkulation den Betrieb kostet - hier die Preise.