Fehlerbehebung bei CNC-Maschinen: Häufige Probleme und Lösungen

Störungen beim Einschalten und elektrische Fehler bei CNC-Maschinen

Elektrische Probleme verursachen 35 % der ungeplanten Ausfallzeiten von CNC-Maschinen in Produktionsumgebungen. Eine frühzeitige Diagnose verhindert längere Produktionsstillstände und kostspielige Reparaturen.

Diagnose von Stromversorgungsproblemen, durchgebrannten Sicherungen und Fehlfunktionen des Verriegelungssystems

Die systematische Fehlersuche beginnt mit der Überprüfung der Spannungsstabilität – idealerweise im Bereich von 210 V bis 230 V. Spannungsschwankungen aufgrund von Netzinstabilität oder benachbarten energieintensiven Geräten sind für 62 % der CNC-Startfehler verantwortlich. Wichtige Störungsanzeichen sind:

• Durchgebrannte Sicherungen , häufig verursacht durch Überlastung der Schaltkreise oder alternde Bauteile
• Verriegelungsfehler , bei denen fehlausgerichtete Türsensoren oder Sicherheitsabschaltungen den Betrieb stumm abschalten
• Leiterbahnbrüche auf Leiterplatten , typischerweise unter Vergrößerung nach thermischer oder mechanischer Belastung sichtbar

Behebung kritischer Fehler mit diesem gezielten Ansatz priorisieren:

Validierung des Notstoppschaltkreises und Isolierung von DC-Motorstartfehlern

Not-Aus-Taster (EMOs) verursachen 28 % der falschen Fehlermeldungen—häufig aufgrund unvollständiger Rücksetzungen oder verschlechterter Kontakte. Überprüfen Sie den Notstromkreis durch:

1. Physisches Zurücksetzen aller EMO-Schalter
2. Prüfung der Kontinuität der Notausschleife in der SPS
3. Inspektion der Steuerrelais auf Korrosion oder Kontaktverschmutzung

Startausfälle von Gleichstrommotoren entstehen häufig durch Bürstenverschleiß, Kommutierungsprobleme oder Spannungseinbrüche. Felddaten zeigen, dass 19 % dieser Ausfälle direkt auf vernachlässigte Schmierpläne zurückzuführen sind. Zur Vermeidung von Wiederholungen:

• Austausch der Bürsten alle 1.200 Betriebsstunden
• Monatliche Reinigung von Kohlenstoffablagerungen an den Kommutatoren
• Einbau von Startkondensatoren zur Glättung von Spannungsspitzen
• Einbau von Temperatursensoren zur Erkennung von abnormalen Widerstandsspitzen während der Inbetriebnahme—ein bewährter Indikator für bevorstehende Ausfälle

Spindelüberhitzung und Verschlechterung der thermischen Leistung

Kühlmitteldurchflussfehler, Lagerabnutzung und Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Spindelgesundheit

Probleme mit dem Kühlsystem sind gewöhnlich für Überhitzung der Spindel verantwortlich. Wenn Leitungen verstopft sind oder Pumpen fehlerhaft arbeiten, sinkt die Wärmeableitung drastisch – manchmal um bis zu 70 %. Abgenutzte Lager erzeugen zusätzliche Reibung, wodurch die Temperaturen weit über sichere Grenzwerte für die Maschinenanlagen ansteigen. Bediener sollten genau auf Quietschgeräusche achten oder ungleichmäßige Rotation beobachten – dies sind Warnsignale dafür, dass etwas nicht in Ordnung ist. In Werkstätten, in denen die Temperaturen regelmäßig über 30 Grad Celsius steigen, werden Maschinen stark belastet, insbesondere wenn die Klimaanlage nicht ordnungsgemäß gewartet wird. Falls Werkstätten ihre Umgebungsbedingungen nicht effektiv regulieren, können sich Bauteile um mehr als 50 Mikrometer verformen. Solche Verzüge machen die Einhaltung enger Toleranzvorgaben unmöglich, was zu Ausschuss von Werkstücken und verschwendeter Produktionszeit führt.

Vernachlässigung der Schmierung als Hauptursache – Belege aus Felddaten

Laut Industriewartungsdaten sind etwa 43 Prozent aller Spindelschäden auf schlechte Schmierpraktiken zurückzuführen. Wenn das Öl zersetzt wird oder ungleichmäßig aufgetragen wird, laufen die Lager praktisch trocken, was zu gefährlichen Hitzespitzen führt, die die Bauteile schneller verschleißen lässt, als es eigentlich der Fall sein sollte. Bei Betrachtung des realen Betriebs berichten Wartungsteams, dass fast 7 von 10 unerwarteten Spindelabschaltungen darauf zurückzuführen sind, dass jemand den letzten Schmierzeitpunkt verpasst oder nicht dokumentiert hat. Die gute Nachricht? Eine regelmäßige Schmierung aller Komponenten alle 500 Betriebsstunden halbiert diese lästigen thermischen Fehler und verlängert die Lebensdauer der Lager deutlich zwischen den Austauschintervallen. Für Werkstätten, die mit engen Toleranzen arbeiten, macht die planmäßige Überprüfung der Ölviskosität in Verbindung mit hochwertigen synthetischen Schmierstoffen einen großen Unterschied bei der Kontrolle von thermischen Ausdehnungsproblemen, die andernfalls präzise Arbeiten ruinieren würden.

Maßabweichungen und Toleranzverschiebungen beim CNC-Bearbeitung

Unterscheidung von Kalibrierdrift, thermischer Ausdehnung und G-Code-Programmierfehlern

Bei der Betrachtung von Maßabweichungen gibt es grundsätzlich drei Hauptursachen, die üblicherweise zu Problemen führen. Zunächst kommt es ständig zu Kalibrierdrift, da Maschinen während des Betriebs Erschütterungen ausgesetzt sind oder Bauteile einfach natürlichen Verschleiß aufweisen. Dies kann die Positionierungsgenauigkeit nach etwa 500 Betriebsstunden um 0,01 bis 0,05 Millimeter beeinträchtigen. Dann treten Probleme durch thermische Ausdehnung auf, die weitaus größere Schwierigkeiten verursachen. Die Wärme durch die Bearbeitung lässt Spindeln länger werden, und wenn Aluminium heiß genug wird (bei einem Temperaturunterschied von etwa 300 Grad Celsius), führen diese minimalen Änderungen dazu, dass Bohrungstoleranzen vollständig verloren gehen. Und man sollte auch Programmierfehler im G-Code nicht vergessen. Dinge wie das Unterlassen der Werkzeugradiuskompensation oder falsche Werkstücknullpunkteinstellungen führen regelmäßig dazu, dass ganze Chargen von Bauteilen unbrauchbar werden. Fabrikberichte weisen tatsächlich darauf hin, dass nahezu die Hälfte aller Toleranzprobleme darauf zurückzuführen ist, dass Personen kurzfristige Änderungen an Postprozessoren vornehmen, diese jedoch nicht ordnungsgemäß dokumentieren.

Eine methodische Diagnoseabfolge minimiert Fehldiagnosen: Überprüfen Sie zuerst die Maschinenkalibrierung, bestätigen Sie anschließend die thermische Stabilisierung und prüfen Sie danach den NC-Code. Thermische Abbildung während Aufwärmzyklen und Validierung mittels Laserinterferometer liefern objektive Nachweise, um effizient zwischen mechanischen, thermischen und programmtechnischen Ursachen zu unterscheiden.

Werkzeugbrumm, vorzeitiger Bruch und vibrationsbedingter Verlust der Schnittqualität

Optimierung von Vorschubgeschwindigkeit, Spindeldrehzahl und Schnitttiefe zur Beseitigung von Brummen

Unkontrolliertes Brummen beschleunigt den Werkzeugverschleiß laut spanender Forschung (IntechOpen 2024) um bis zum 4-Fachen. Dieses Schwingungsphänomen entsteht hauptsächlich aus instabilen Wechselwirkungen zwischen Werkzeug und Werkstück – meistens aufgrund von Unstimmigkeiten bei drei Schlüsselparametern:

• Vorschubgeschwindigkeit : Zu niedrig verursacht Schleifen; zu hoch überlastet das Werkzeug. Optimieren Sie innerhalb des vom Material empfohlenen Spanlastbereichs.
• Spindeldrehzahl : Betrieb in der Nähe der natürlichen harmonischen Frequenz eines Werkzeugs löst Resonanz aus. Stellen Sie die Einstellungen um ±10–15 % gegenüber den ursprünglichen Werten ab, um die Harmonik zu unterbrechen.
• Schnitttiefe : Zu geringe Eingriffstiefen verringern das Werkzeugengagement und erhöhen dadurch die Instabilität. Erhöhen Sie die Tiefe schrittweise, während Sie Oberflächenqualität und Vibration überwachen.

Bei wichtigen Bearbeitungsaufgaben ist es sinnvoll, die Anpassung der Parameter mit Überprüfungen zur Systemsteifigkeit zu kombinieren. Stellen Sie sicher, dass die Spannvorrichtungen korrekt eingestellt sind, und halten Sie den Werkzeugausschub so kurz wie möglich. Moderne Hochgeschwindigkeits-Datenerfassungsgeräte können tatsächlich Anzeichen von Rattern erkennen, bevor sie zu Problemen werden, indem sie ungewöhnliche Vibrationen in der Maschine detektieren. Die klassische Methode funktioniert jedoch immer noch am besten, um stabile Schnitte zu erzielen. Ändern Sie während Tests jeweils nur eine Einstellung, prüfen Sie nach jedem Durchlauf das Oberflächenbild und gehen Sie davon aus weiter. Die meisten erfahrenen Zerspaner werden Ihnen sagen, dass dieser schrittweise Ansatz langfristig Zeit spart, im Vergleich dazu, alles auf einmal auszuprobieren.

Ausfälle des automatischen Werkzeugwechslers (ATC) und Lücken in der vorbeugenden Wartung

Schmutzansammlung, Fehlausrichtung des Werkzeughalters und Zuverlässigkeit von Sensoren in ATC-Systemen

Metallspäne und restliche Kühlschmierstoffe sind für etwa 60 % der frustrierenden Blockierungen in automatischen Werkzeugwechslern (ATC) verantwortlich, was den CNC-Betrieb völlig unerwartet stark beeinträchtigen kann. Wenn Werkzeughalter aus der Ausrichtung geraten, meistens weil beim schnellen Werkzeugwechsel etwas beschädigt wird, führt dies in etwa 30 % der Fälle zu Positionierungsproblemen. Und auch die Sensoren dürfen nicht vergessen werden. Probleme hierbei umfassen beispielsweise beschlagene optische Lesegeräte oder magnetische Störungen, die die Messwerte beeinflussen, und verursachen in rund 25 % der Fälle unerwartete Abschaltungen. Diese Probleme summieren sich und bereiten Maschinenbedienern erhebliche Schwierigkeiten, um reibungslose Produktionsabläufe aufrechtzuerhalten.

Effektive Gegenmaßnahmen beinhalten:

• Einführung validierter Reinigungsprotokolle für Werkzeugaufnahmen und Greifer
• Durchführung einer vierteljährlichen Ausrichtungsüberprüfung mithilfe von Präzisionswerkzeugen
• Austausch von Näherungssensoren alle zwei Jahre gemäß OEM-Richtlinien

Proaktive Wartung reduziert die ATC-bedingte Stillstandszeit um 45 %, laut dem Manufacturing Efficiency Report 2023 .