Die gleiche Kfz-Halterung durchläuft drei verschiedene CNC-Bearbeitungszyklen – Prototypenfertigung mit weichen Spannbacken, Pilotfertigung mit einer Schnellwechselvorrichtung und Serienfertigung mit einer speziellen Vorrichtung mit Online-Messtechnik.
Die gleiche Kfz-Halterung durchläuft drei verschiedene CNC-Bearbeitungszyklen – Prototypenfertigung mit weichen Spannbacken, Pilotfertigung mit einer Schnellwechselvorrichtung und Serienfertigung mit einer speziellen Vorrichtung mit Online-Messtechnik.

Dieselbe Kfz-Halterung durchläuft drei verschiedene CNC-Bearbeitungszyklen. Wir beobachten dies jede Woche in unserer eigenen Fertigungshalle.unsere CNC-Bearbeitungsanlage in NingboDer Prototypenlauf erfolgt auf einer 3-Achs-Bearbeitungsanlage mit weichen Spannbacken und einem Ausdruck der manuellen Maße. Der Pilotlauf wird auf einer Schnellwechselvorrichtung mit dokumentiertem Schnittparameterbereich und einer Cpk-Studie der kritischen Merkmale durchgeführt. Der Serienlauf von 100.000 Stück erfolgt auf einer dedizierten Vorrichtung mit Online-Koordinatenmesssystem, Werkzeugstandzeitmanagement und einem Steuerungsplan, der alle Maschinenparameter steuert.

Wenn Sie als Prozessingenieur, Werkzeugingenieur oder NPI-Leiter für diese Entwicklung verantwortlich sind, erläutern wir Ihnen die konkreten Änderungen in jeder Phase – Vorrichtungen, Werkzeugwege, Schnittparameter, Inline-Messtechnik und die Punkte, an denen die Prozessfähigkeitsanforderungen des PPAP (Cpk 1,33, Messsystemanalyse unter 10 %, PFMEA-Schweregrad 8+ Zeilen) die Programmierstrategie beeinflussen. Dies ist derselbe Ablauf, den wir selbst verwenden.Automobil-CNC-Programme, geschrieben für die Werkstatt, nicht für den Ordner.

1. Warum Prototypen-, Pilot- und Serienproduktion drei unterschiedliche Prozesse sind

Das teuerste Missverständnis ist die Annahme, dass eine Vergrößerung der Produktionsmenge gleichbedeutend mit einer Vervielfachung der Mengen durch denselben Prozess ist.Skalierung bedeutet, den Prozess mit höherer Genauigkeit neu aufzubauen.Und wir müssen den neuen Prozess an sich qualifizieren – das ist ja der ganze Sinn von PPAP.

Drei Dinge ändern sich gleichzeitig. Unsere Spannvorrichtung wird von flexiblen Spannbacken auf eine Spezialspannvorrichtung umgestellt, da flexible Spannbacken eine Wiederholgenauigkeit von ca. ±0,05 mm aufweisen, während eine Spezialspannvorrichtung ±0,01 mm präzise hält. Unser Werkzeugsystem wird von einem universellen Schaftfräsersatz auf eine Schrupp-Vorschlicht-Schlicht-Sequenz mit optimierter Werkzeugstandzeit umgestellt. Unsere Messtechnik wird von der manuellen Koordinatenmesstechnik (KMM) auf die prozessintegrierte Messtechnik oder die Online-KMM mit dokumentierter statistischer Prozesskontrolle (SPC) umgestellt, da die Qualitätssicherungsstelle (SQE) Cpk-Daten und nicht nur einen einzelnen Maßbericht benötigt.

Wenn ein Lieferant PPAP-Muster einreicht, die mit derselben Weichschneidvorrichtung wie der Prototyp geschnitten wurden, verlangt er vom Kunden im Grunde die Unterzeichnung einer PSW für einen Prozess, den der Kunde noch nie gesehen hat. Dies ist der häufigste Grund, warum PPAP-Anträge von Tier-1-Lieferanten in der ersten Runde abgelehnt werden.

Was das für die CNC-Fertigung bedeutet:Die PPAP-Muster und die Serienteile müssen auf derselben Vorrichtung, mit demselben CNC-Programm und innerhalb desselben Bearbeitungsparameterbereichs gefertigt werden. Jede Abweichung – selbst eine vermeintlich geringfügige – zwischen dem PPAP-Fertigungsprozess und der Serienfertigung führt zum Verlust der Kundenfreigabe, da der Kunde einen Prozess und nicht ein einzelnes Teil freigibt.

2. Was ändert sich an der Vorrichtung von einem Stück auf 100.000 Stück?

Die Einrichtungsgegenstände befinden sich dort, woCNC-MaschinenbauProgramme verlieren oder gewinnen stillschweigend ihr Cpk-Budget. Bei einem Prototyp besteht die Vorrichtung aus einer Weichbacken-Spannvorrichtung an einem Standard-Maschinenschraubstock. Flexibilität ist der Vorteil – derselbe Schraubstock kann innerhalb eines Nachmittags für das nächste Teil neu zugeschnitten werden. Wiederholgenauigkeit ist der Nachteil: Bei einer Weichbacken-Spannvorrichtung liegt die typische Wiederholgenauigkeit bei etwa ±0,05 mm, was ein Viertel des üblichen Toleranzbereichs von ±0,10 mm ausmacht.

Für eine Pilotserie von fünf bis fünfzig Teilen verwenden wir eine Schnellwechselvorrichtung mit weichen Spannbacken auf einer Trägerplatte. Die Spannbacken werden dabei einmalig an die Teilegeometrie angepasst. Hier müssen die DFM-Probleme gelöst werden – die bei einem Prototyp tolerierbar sind, da wir einen Schlichtgang manuell nachbearbeiten können –, da die Serienfertigung manuelle Nachbearbeitungen nicht zulässt.

Für die Serienfertigung wird die Vorrichtung zu einer dedizierten Vorrichtung: gehärtete Positionierelemente, hydraulische oder pneumatische Klemmung und eine integrierte Bezugsstrategie, die auf die CMM-Vorrichtung abgestimmt ist, mit der das Teil geprüft wird.Die angestrebte Wiederholgenauigkeit der Klemmung an einer speziellen Vorrichtung beträgt ±0,01 mm oder besser.Dadurch ist der Cpk-Wert von 1,33 bei eng tolerierten Bauteilen wie Lagersitzen und abgedichteten Schnittstellen erreichbar.

Produktionsphase Leuchtenart Typische Spannwiederholgenauigkeit Prozessrolle
Prototyp (1–5 Stück) Weiche Backen an einem Standard-Maschinenschraubstock ±0,05 mm DFM-Validierung, Geometrieprüfung, Kundenfreigabe des Designs
Pilot (5–50 Stück) Schnellwechsel-Weichbackenvorrichtung auf einer Unterplatte ±0,02 mm Schneideparameter fixieren, Cpk-Studie zu kritischen Kenngrößen durchführen, CNC-Programm einfrieren
PPAP-Muster (30–125 Stück pro AIAG) Spezielle Vorrichtung an der Produktionsmaschine ±0,01 mm Erstellen Sie das Dokumentationspaket, das belegt, dass der Produktionsprozess die Zeichnung aufnehmen kann.
Serienproduktion (1.000–100.000+ Stück/Monat) Spezielle Vorrichtung mit hydraulischer/pneumatischer Klemmung und Online-Koordinatenmesssystem-Rückmeldung ±0,005 mm (Positioniertoleranz) Halten Sie den Cpk-Wert von 1,33+ bei kritischen Merkmalen mit dokumentierter statistischer Prozesskontrolle (SPC) aufrecht.

3. Die Werkzeugstrategie, die sich im Rahmen des PPAP ändern muss.

Ein weiterer Bereich, in dem CNC-Programme bei der PPAP-Prüfung oft versagen, ist die Werkzeugkombination. Bei Prototypen verwenden wir häufig einen universellen 12-mm-Hartmetall-Schaftfräser mit TiN-Beschichtung für Schruppen, Vorschlichten und Schlichten – wir halten die Einrichtung einfach und die Kosten niedrig. So können wir das Teil zwar als Einzelanfertigung fertigen, doch für die Serienproduktion ergeben sich zwei Probleme.

Erstens können wir dasselbe Werkzeug nicht mit einer radialen Schnitttiefe von 0,3 mm beim Schruppen und 0,05 mm beim Schlichten betreiben, ohne die Schneide zu beschädigen oder Rattern zu verursachen. Zweitens führt der Werkzeugverschleiß beim Schruppen zu einer Belastung der Spindel und Wärmeübertragung in das Werkstück, sodass beim Schlichten ein Werkstück bearbeitet wird, das sich bereits thermisch verformt hat.Diese thermische Drift ist der häufigste Grund dafür, dass Cpk-Werte bei ersten PPAP-Einreichungen 1,05 statt 1,33 ergeben.Unsere Lösung besteht darin, den Bearbeitungsprozess in Schrupp-, Vorschlicht- und Schlichtbearbeitungswerkzeuge aufzuteilen.

Die PPAP-Werkzeugkombination, die wir für Aluminium-Automobilhalterungen verwenden: ein Schruppwerkzeug (12 mm Hartmetall-Schaftfräser, AlTiN-beschichtet) mit hoher Abtragsrate, ein Vorschlichtwerkzeug (8 mm oder 10 mm Hartmetall-Schaftfräser, polierte Schneiden) mit 30 bis 50 Prozent radialem Eingriff und ein Schlichtwerkzeug (6 mm oder 8 mm Hartmetall-Schaftfräser, poliert, mit einem der Zeichnung entsprechenden Eckradius) mit geringem radialem Eingriff.

Werkzeuglebensdauermanagement bei PPAP:Jedes Werkzeug in der Schrupp-, Vorschlicht- und Schlichtbearbeitungssequenz verfügt über einen dokumentierten Werkzeugstandzeitzähler – typischerweise eine maximale Teileanzahl oder eine maximale Bearbeitungszeit –, der zu Beginn der PPAP-Fertigung auf null zurückgesetzt wird. Ist das Schlichtwerkzeug beim Schneiden der PPAP-Muster bereits über seine Verschleißgrenze hinaus, weist der Maßbericht Abweichungen an den kritischen Merkmalen auf, obwohl die Schnittparameter korrekt waren. Wir betrachten dies als einen Fehler in der Prozessentwicklung, nicht als einen Dokumentationsfehler.

4. Der Cpk-Wert von 1,33 ist der Grund für den Halbfertigpass.

Die Kennzahl, die die meisten Entscheidungen in der CNC-Programmierung beeinflusst, ist der Cpk-Zielwert. Ein Cpk-Wert von 1,33 bedeutet, dass das Prozessfenster in etwa 67 Prozent des Toleranzbereichs liegen muss, da 1,33 Standardabweichungen der Variation auf jeder Seite des Prozessmittelwerts aufgefangen werden müssen, bevor die Spezifikationsgrenze – der standardmäßige Vier-Sigma-Schwellenwert – erreicht wird.NISTin seinem Handbuch der statistischen Verfahrenstechnik.Ein CNC-Programm, das eine Genauigkeit von ±0,05 mm an der Maschine gewährleistet, kann nicht mehr als Programm mit einer Genauigkeit von ±0,03 mm am Werkstück verkauft werden, sobald der Cpk-Wert von 1,33 gefordert ist.und der Programmierer muss einen Vorschlichtgang mit geringerem radialem Eingriff hinzufügen, um das verlorene Toleranzfenster wiederherzustellen.

Bei Halterungen aus 6061-T6-Aluminium für die Automobilindustrie beträgt das typische Spiel 0,1 bis 0,3 mm pro Seite. Bei Getriebebauteilen aus Stahl ist das Spiel größer (0,3 bis 0,5 mm pro Seite), und der Schlichtgang erfolgt mit weniger als der halben radialen Schnitttiefe des Schruppgangs, da die Schnittkräfte bei Stahl höher sind.

Cpk 1,67 für sicherheitskritische Abmessungen:Wenn die PFMEA ein Merkmal mit Schweregrad 9 kennzeichnet – typischerweise eine Bremskolbenbohrung, eine Schnittstelle am Lenkgetriebegehäuse oder eine Montagefläche des Batteriemoduls –, steigt der Cpk-Zielwert auf 1,67, und das Prozessfenster verkleinert sich auf etwa 50 Prozent des Toleranzbereichs. In diesem Fall fügen wir üblicherweise einen dritten Schlichtgang mit einer Einschneider-Poliermaschine oder einem speziellen Schlichtwerkzeug mit passendem Eckradius hinzu, und die CMM-Messung wechselt von einem manuellen Messtaster zu einem In-Cycle-Messtaster, der eine Werkzeugkorrektur auslöst, wenn die Abmessung während der Bearbeitung abweicht.

5. Warum die PFMEA das CNC-Programm steuern muss, nicht der Dokumentensatz

Eine seriöse PFMEA im Automobilbereich bewertet Schweregrad, Auftreten und Erkennbarkeit jedes potenziellen Fehlermodus und weist ihm eine Risikoprioritätszahl (RPZ) zu – gemäß dem AIAG-VDA APQP-Handbuch (AIAG) die die meisten europäischen und viele nordamerikanische OEMs 2019 übernommen haben – eine Prioritätsmaßnahme (AP). Die PFMEA wird innerhalb derIATF 16949Qualitätsmanagementsystem-Rahmenwerk, nach dem jeder Tier-1-Lieferant zertifiziert sein muss.Auf jeder Stufe 1CNC-Teil für die AutomobilindustrieWenn wir die Kriterien erfüllen, muss jede PFMEA-Zeile mit Schweregrad 8 oder höher auf eine erzwungene In-Prozess-Prüfung oder einen Prozesskontrollschritt innerhalb des CNC-Programms zurückgeführt werden können.Denn nur so kann der SQE des Kunden überprüfen, ob wir den von uns dokumentierten Fehlermodus unter Kontrolle haben.

Die mechanische Umsetzung: Unser Postprozessor gibt an der entsprechenden Z-Tiefe einen M-Code oder ein Benutzermakro aus, das den Zyklus pausiert, eine Messtastermessung durchführt, den Wert mit den Grenzwerten vergleicht und entweder fortsetzt (innerhalb der Spezifikation) oder stoppt (außerhalb der Spezifikation). Bei einer Bremssattelkolbenbohrung führen wir die Messtastermessung beim Schruppen, Vorschlichten und Schlichten durch – jede Messung entspricht einer PFMEA-Zeile, die in konkrete Fertigungsmaßnahmen umgesetzt wird.

AIAG-VDA-Aktionspriorität vs. AIAG-RPN:Wenn Ihr Endkunde AIAG-VDA-konform ist – VW, BMW, Daimler, Stellantis und zunehmend auch die nordamerikanischen OEMs –, darf die PFMEA nicht einfach aus einer AIAG-RPN-Vorlage kopiert werden. Das AIAG-VDA-Handbuch ersetzt die RPN durch die Aktionspriorität (AP) mithilfe einer Matrix aus Schweregrad, Auftreten und Erkennbarkeit. Diese priorisiert Maßnahmen anhand des Risikogrades des Fehlers und nicht anhand eines numerischen Produkts. Wir betrachten dies als PPAP-Ablehnungsgrund und nicht als eine unverbindliche Präferenz.

6. Fünf-Achsen- vs. Drei-Achsen-Modell: Wann entscheidet das Cpk-Budget?

Die Fünf-Achs-Bearbeitung eines Automobilbauteils ist selten allein aufgrund der Komplexität gerechtfertigt. Sie ist dann sinnvoll, wenn die Drei-Achs-Fertigung zwei oder mehr Nachpositionierungen erfordert, da jede Nachpositionierung einen Bezugsfehler verursacht, der nicht durch das Cpk-Budget abgedeckt werden kann. Ein typischer Bezugsfehler von ±0,02 mm pro Nachpositionierung bedeutet, dass zwei Nachpositionierungen ±0,04 mm des Toleranzbereichs ausmachen – etwa 40 Prozent eines Toleranzbereichs von ±0,10 mm.

Die Einsatzmöglichkeiten der Fünf-Achs-Bearbeitung sind vorhersehbar. Wir nutzen sie bei Gehäusen für elektrische Antriebe mit tiefen internen Anschlüssen, Kühlkörpern für Batterieträger mit sich kreuzenden Bohrungen in komplexen Winkeln und Sensorgehäusen mit Anschlussflächen auf drei oder mehr nicht orthogonalen Achsen. Bei diesen Bauteilen hält die Fünf-Achs-Bearbeitung das Werkstück in einer einzigen Vorrichtung mit einem einzigen Bezugspunkt – genau dort, wo PPAP-Kunden die PSW (Product Service Work) unterzeichnen.

Bei einfacheren prismatischen Teilen – Halterungen, Flanschen, Distanzstücken, Montageplatten – arbeiten wir mit drei Achsen plus einem Drehtisch (z. B. einem Drehtisch für die vierte Achse). Die Vorrichtung ist kostengünstiger und das CNC-Programm leichter lesbar. In jedem FallAIAGDie CQI-Serie definiert die Erwartungen an die Prozesssteuerung, die zusätzlich zur strukturellen Wahl zwischen Drei- und Fünfachsen-Bearbeitungszentren berücksichtigt werden müssen.

Teilegeometrie Empfohlene Konfiguration Warum
Prismatische Halterung, Flansch, Montageplatte 3-Achsen-Drehtisch mit 4. Achse + Drehtischplatte oder 4-Achsen-Drehtisch Ein Bezugspunkt, einfaches Programm, leichtere Validierung auf der Koordinatenmessmaschine, geringere Vorrichtungskosten
Sensorgehäuse mit mindestens 3 nicht orthogonalen Anschlussflächen 5-Achsen-Bearbeitung an einer einzigen Vorrichtung Erspart 2–3 Neupositionierungen; die Positionstoleranz zwischen den Anschlüssen bleibt innerhalb von Cpk 1,33.
Elektrisches Antriebsgehäuse mit tiefen internen Öffnungen 5-Achsen mit spezieller Vorrichtung Ein einziger Bezugspunkt gewährleistet die Rundlaufgenauigkeit der Bohrungen und die Oberflächengüte.
Batteriekühlverteiler mit sich kreuzenden Bohrungen 5-Achs-Bearbeitung, oft mit Hochdruck-Werkzeugdurchführungskühlung Eine einzige Aufspannung ermöglicht die Bearbeitung sich kreuzender Bohrungen in einem Arbeitsgang.

7. Elektrofahrzeugspezifische Prozessherausforderungen, die das Cpk-Budget belasten

Elektrofahrzeuge haben drei neue Kategorien von CNC-Bauteilen für die Automobilindustrie hervorgebracht, die im Zeitalter der Verbrenner nicht in diesem Umfang existierten. Keine dieser Kategorien stellt eine grundlegende Änderung des oben beschriebenen Arbeitsablaufs dar, jedoch erfordert jede Kategorie spezifische Vorrichtungen oder Schnittentscheidungen, die der Lieferant gegenüber dem SQE des Kunden begründen muss.

Batterieträgergehäuse (großformatiges Aluminium).Große, dünnwandige Aluminiumplatten – typischerweise 1,5 m bis 2,5 m lang und aus einem einzigen Block gefräst – erfordern Spannstrategien, die über die gesamte Länge Formstabilität gewährleisten und Eigenspannungen durch Überspannung vermeiden. Die Herausforderung bei der Programmierung liegt in der Schruppstrategie: Ein konventioneller Schruppdurchgang über die gesamte Tiefe erzeugt Eigenspannungen, die die Platte nach dem Entspannen verformen. Ein adaptiver Gleichlauf-Schruppdurchgang mit kontrolliertem radialem Eingriff hingegen hinterlässt eine ausreichend ebene Platte für die Endbearbeitung. Wir messen diese Teile in der Spannvorrichtung, nicht auf der Koordinatenmessmaschine (KMM), da das Entspannen ein anderes Spannungsmuster erzeugt. Die Materialauswahl (typischerweise 6061-T6 oder 6082-T6 gemäß ASTM B209) muss mit der Spannstrategie abgestimmt werden, da die falsche Legierung den Bereich der Eigenspannungen außerhalb des durch adaptives Schruppen abbaubaren Bereichs verschiebt.

Gehäuse für elektrische Antriebe (Aluminium mit tiefem Hohlraum).Gehäuse aus Aluminiumguss mit tiefen Innenkanälen und bearbeiteten Lagersitzen, die eine Rundlaufgenauigkeit von ±0,02 mm gewährleisten. Die Herausforderung liegt in der fünfachsigen Bearbeitung und der Späneabfuhr – tiefe Innenkanäle erfordern entweder eine Fünf-Achs-Maschine mit einem Werkzeug mit großer Reichweite oder eine Drei-Achs-Maschine mit einer Seitenvorrichtung. Beide Ansätze müssen hinsichtlich der Späneabfuhr validiert werden, da das erneute Schneiden von Spänen am Grund eines tiefen Kanals den Lagersitz beschädigt und den Cpk-Wert beeinträchtigt.

Sensorkörper und Steckergehäuse (kleines Format, hohe Toleranz).Typischerweise werden 20 bis 80 mm große Werkstücke mit mehreren Anschlussflächen, engen Positionstoleranzen (oft ±0,02 mm von Anschluss zu Anschluss) und Oberflächengüteanforderungen von Ra 0,8 oder besser bearbeitet. Die Herausforderung liegt in der Fünf-Achs-Kinematik bei einem kleinen Werkstück – die Maschine muss alle Anschlussflächen in einer Aufspannung erreichen, ohne dass das Werkzeug mit dem Werkstück oder der Vorrichtung kollidiert. Dies erfordert üblicherweise eine Fünf-Achs-Maschine mit einer Hochgeschwindigkeitsspindel und einem kleinen Werkzeugmagazin.

8. Der Vier-Fragen-Check, den wir vor der Unterzeichnung eines Lieferantenvertrags durchführen.

Wenn wir als Kunden das PPAP-Paket eines Lieferanten prüfen – oder wenn unsere Kunden unseres prüfen – führen wir vor der Unterzeichnung des PSW eine Prüfung anhand von vier Fragen durch. Diese geben uns Aufschluss darüber, ob der Lieferant einen Prozess entwickelt hat und nicht nur ein Bauteil.

Frage 1 — Gleiche Leuchte?Vergleichen Sie die für die PPAP-Muster verwendete Vorrichtung mit der Vorrichtung im Prozessablaufdiagramm. Wenn sie sich unterscheiden – selbst bei geringfügigen Unterschieden in der Klemmung – repräsentieren die Muster nicht den Produktionsprozess.

Frage 2 — Gleiches Programm?Vergleichen Sie das Programm, das die PPAP-Muster erstellt hat, mit dem Produktionsprogramm. Jede Änderung seit der Erstellung der PPAP-Muster muss im Änderungsprotokoll begründet werden, und jede Änderung, die ein kritisches Maß betrifft, erfordert eine neue Maßanalyse.

Frage 3 — Dasselbe Werkzeug?Bitten Sie zu Beginn und am Ende des PPAP-Prozesses um die Ablesung des Werkzeugstandzählers. Wenn das Werkzeug am Ende mehr als 80 Prozent seiner dokumentierten Standzeit aufwies, wurden die Proben möglicherweise mit einem verschlissenen Werkzeug geschnitten, und die Cpk-Daten sind mit Vorsicht zu interpretieren.

Frage 4 — Gleiche Messtechnik?Vergleichen Sie das für den PPAP-Bericht verwendete CMM-Programm mit dem CMM-Programm im Kontrollplan. Wurde der PPAP-Bericht mit einem anderen CMM oder einer anderen Vorrichtung erstellt als der, die in der Produktion verwendet wird, muss die MSA-Studie vor der Unterzeichnung des PSW erneut durchgeführt werden.

Besteht der Lieferant alle vier Kriterien, spiegelt das PPAP-Paket den Produktionsprozess wider und die PSW ist eine gültige Freigabe. Besteht der Lieferant auch nur eines der Kriterien nicht, ist die PSW lediglich eine Freigabe eines Bauteils, nicht des Prozesses – und der Kunde wird nachfragen, warum der Cpk-Wert abgewichen ist.

Abschließende Gedanken aus der Werkstatt

Der CNC-Bearbeitungsprozess für ein Automobilteil ist mit der PPAP-Freigabe nicht abgeschlossen. Er entwickelt sich weiter, und der Prozessingenieur, der diese Entwicklung verantwortet, entscheidet, ob der Lieferant tatsächlich bereit für die Serienproduktion ist – nicht die PSW-Unterschrift auf dem Ordner.Das CNC-Programm, die Vorrichtung, die Werkzeugkombination, das Schnittparameterfenster und der Messrhythmus müssen bei PPAP aufeinander abgestimmt werden und während der gesamten Serienproduktion stabil bleiben.Wenn sich ein Wert ändert, ändert sich auch der Cpk-Wert.

Die Lieferanten, die die PPAP-Prüfung regelmäßig beim ersten Mal bestehen, sind diejenigen, deren Prozessingenieure die Versuchsplanung (DoE) durchgeführt, den Schnittparameterbereich festgelegt, die spezielle Vorrichtung konstruiert, die prozessbegleitende Prüfung programmiert und das Werkzeugstandzeitmanagement dokumentiert haben – lange bevor der SQE (System Quality Engineer) die Fertigungshalle betritt. So sieht ein CNC-Prozess in der Automobilindustrie aus, kodifiziert im AIAG APQP-Rahmenwerk und der IATF-Norm 16949.

Vergleich der Anmerkungen zu einem CNC-Prozess in der Automobilindustrie

Wenn Sie ein CNC-Programm für die Automobilindustrie betreiben und sich über Spannstrategien, Schnittparameterfenster, die Umsetzung der PFMEA in das CNC-Programm oder PPAP-Prozessfähigkeitsstudien austauschen möchten, beraten Sie Frank und das FRIMA-Prozessentwicklungsteam gerne zu Ihrem spezifischen Bauteil. Um einen umfassenderen Überblick zu erhalten, kontaktieren Sie uns.FRIMA-FähigkeitOder kontaktieren Sie das Entwicklerteam direkt über die folgenden Links.

Kontaktieren Sie Frank bei FRIMAPARTS

Häufig gestellte Fragen

Was ändert sich tatsächlich in der CNC-Fertigung, wenn ein Automobilbauteil vom Prototypenstadium zur Produktionsvorbereitungsphase (PPAP) übergeht?

Drei Dinge ändern sich gleichzeitig, und das Fehlen eines einzigen dieser Punkte führt zur Ablehnung des PPAP. ​​Die Vorrichtung wird von einer Weichbackenvorrichtung auf eine dedizierte Vorrichtung an einer dedizierten Maschine umgestellt, das Werkzeugset wechselt von einem universellen Satz zu einer Schrupp-Vorschlicht-Schlicht-Sequenz mit gesteuerter Werkzeugstandzeit, und die Messtechnik wechselt von manuellen Messungen zu prozessbegleitender Messung oder Online-Koordinatenmesstechnik mit dokumentierter statistischer Prozesskontrolle (SPC). Wurden die PPAP-Muster eines Lieferanten mit derselben Weichbackenvorrichtung wie der Prototyp gefertigt, hat der Lieferant keinen Produktionsprozess etabliert – der Kunde wird aufgefordert, eine Produktionsgenehmigung für einen nicht erprobten Prozess zu unterzeichnen.

Warum zwingt ein Cpk-Wert von 1,33 den CNC-Programmierer dazu, die Schnittstrategie zu ändern?

Ein Cpk-Wert von 1,33 bedeutet, dass das Prozessfenster innerhalb von etwa 67 Prozent des Toleranzbereichs liegen muss, da 1,33 Standardabweichungen der Variation auf beiden Seiten des Prozessmittelwerts aufgefangen werden müssen. Ein Einzelschnitt, der an der Maschine eine Toleranz von ±0,05 mm aufweist, kann nicht mehr mit einer Toleranz von ±0,03 mm am Werkstück verkauft werden. Der Programmierer muss daher einen Schlichtschnitt mit geringerer radialer Eingriffstiefe hinzufügen, um die durch Werkzeugdurchbiegung und Schnittwärme verursachten Oberflächen- und Maßabweichungen auszugleichen. Bei Aluminium-Automobilhalterungen ergibt sich daraus ein Schlichtzugabe von 0,1–0,3 mm; bei Getriebekomponenten aus Stahl ist die Zugabe größer, und der Schlichtschnitt erfolgt oft mit weniger als der halben radialen Schnitttiefe des Schruppschnitts.

Wie verändert die PFMEA das CNC-Programm, und nicht nur die Dokumentation?

Eine sorgfältige Fehlermöglichkeits- und Einflussanalyse (PFMEA) bewertet Schweregrad, Auftreten und Erkennbarkeit jedes Fehlermodus und weist eine Risikoprioritätszahl (RPZ) oder, gemäß AIAG-VDA, eine Aktionspriorität (AP) zu. Bei einem CNC-Bauteil der Automobilindustrie (Tier 1) muss jede Zeile mit Schweregrad 8 oder höher einer erzwungenen Prüfung innerhalb des CNC-Programms entsprechen und darf nicht nur als Dokumenteintrag dienen. Konkret bedeutet dies, dass der Postprozessor an der entsprechenden Z-Tiefe einen M-Code oder ein Benutzermakro ausgibt, das den Zyklus anhält, eine Tastmessung durchführt und nur fortfährt, wenn das Maß im grünen Bereich liegt – so wird aus einer PFMEA-Zeile eine messbare Maßnahme in der Fertigung.

Wann ist eine Fünf-Achs-Maschine einer Drei-Achs-Anlage überlegen?

Fünf-Achs-Bearbeitung lohnt sich, wenn das Werkstück Merkmale aufweist, die eine Drei-Achs-Maschine erst nach einer zweiten oder dritten Aufspannung erreichen kann und jede Neupositionierung zu Bezugsfehlern führt, die das Cpk-Budget nicht auffangen kann. Typische Beispiele sind Gehäuse für elektrische Antriebe mit tiefen Innenbohrungen an mehreren Seiten, Kühlverteiler für Batterieträger mit sich kreuzenden Bohrungen und Sensorgehäuse mit Anschlussflächen auf drei oder mehr nicht orthogonalen Achsen. Mit Fünf-Achs-Bearbeitung kann das Werkstück mit einer einzigen Aufspannung und einem einzigen Bezugspunkt bearbeitet werden – genau die Situation, in der PPAP-Kunden die PSW gerne unterzeichnen. Bei einfacheren prismatischen Werkstücken ist die Drei-Achs-Bearbeitung mit einem zusätzlichen Drehtisch oder einem vierten Drehtisch kostengünstiger.

Warum scheitern Lieferanten am PPAP-Verfahren, obwohl die Prototypen einwandfrei aussahen?

Da Prototypen und PPAP-Muster üblicherweise aus zwei verschiedenen Fertigungsläufen mit unterschiedlichen Vorrichtungen und Schnittparametern bestehen und dem Lieferanten nicht immer bewusst ist, dass die Kundenfreigabe dem Prozess und nicht dem Bauteil gilt, treten häufig folgende Fehlerquellen auf: Die Prototypenvorrichtung mit weichen Backen weist eine höhere Wiederholgenauigkeit auf als die dedizierte PPAP-Vorrichtung (der Cpk-Wert ist bei PPAP-Mustern schlechter), der manuell am Prototyp vorgenommene Schlichtgang fehlt im endgültigen Programm (Maßabweichungen), und der Werkzeugstandzeitzähler wird zwischen den Fertigungsläufen nicht zurückgesetzt (das Schlichtwerkzeug hat seine Verschleißgrenze überschritten, wenn die PPAP-Muster gefertigt werden).

Wie sollte ein Zulieferer mit einem EV-spezifischen Bauteil umgehen, für das keine historischen Cpk-Daten vorliegen?

Behandeln Sie die erste PPAP-Prüfung als Prozessfähigkeitsstudie, nicht als reine Dokumentationsübung. Führen Sie eine Pilotfertigung von 30 bis 50 Teilen innerhalb des festgelegten Schnittparameterfensters durch, messen Sie alle kritischen Abmessungen an jedem Teil und berechnen Sie den Cpk-Wert sowie den Pp-Wert (Prozessleistungsindex) der Pilotfertigung, bevor Sie die formalen PPAP-Muster fertigen. Liegt der Pp-Wert bei einer kritischen Kenngröße unter 1,33, überprüfen Sie die Schnittparameter oder die Vorrichtung, bevor Sie die PPAP-Muster fertigen. Denn die Fertigung der Muster mit einem Pp-Wert unter 1,0 führt dazu, dass Lieferanten ihr PPAP-Budget bereits in der ersten Runde aufbrauchen.

Frank Kann

Geschäftsführer · Ningbo FRIMA Industry Co., Ltd.

Frank Kann is General Manager at Ningbo FRIMA Industry Co., Ltd.(FRIMAPARTS). Mit über 15 Jahren Erfahrung in der kundenspezifischen CNC-Bearbeitung, der Fertigung von Sonderteilen, der Konstruktion und der Montage von Mechanismen leitet er das Automobilprogramm von FRIMA. In dieser Funktion arbeitet er mit Tier-1-Zulieferern und OEMs an Prozessentwicklung, Vorrichtungsstrategie, APQP-Durchführung, PPAP-Einreichung und dem Hochlauf der Serienproduktion – von Prototypen bis hin zur Großserienfertigung. FRIMA ist nach IATF 16949:2016 zertifiziert und betreibt Produktionslinien für Kunden in Europa, Nordamerika, Südostasien und dem Nahen Osten.