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Minimale Merkmalgrößen, Werkzeuge und Toleranzen beim Mikrofräsen und Drehen

Von der Micropartz-Redaktion · Veröffentlicht 26. Oktober 2026

Wer ein Mikroteil konstruiert, arbeitet mit Grenzen, die im normalen Maßstab nicht existieren. Ein Schaftfräser mit 0.2 mm biegt sich, ein Spindelrundlauf von 5 μm ist relevant, und ein Grat kann so groß sein wie das Merkmal selbst. Dieser Leitfaden nennt typische minimale Merkmalgrößen, Werkzeuggrößen und Toleranzen für das Mikrofräsen und Mikrodrehen sowie die Konstruktionsregeln, die ein Teil fertigbar halten. Wenn Sie neu in dem Gebiet sind, ist der Einkaufsleitfaden zur Mikrozerspanung der bessere Einstieg.

Warum die Regeln unterhalb von 1 mm anders sind

Drei physikalische Effekte setzen die Grenzen der Mikrozerspanung.

Werkzeugsteifigkeit. Die Steifigkeit eines Schaftfräsers sinkt etwa mit der vierten Potenz seines Durchmessers. Halbiert man den Durchmesser, ist das Werkzeug etwa 16 mal weniger steif. Ein 0.2 mm Werkzeug biegt sich unter Kräften, die ein 2 mm Werkzeug nicht bemerken würde, was sich in konischen Wänden und untermaßigen Merkmalen zeigt.

Minimale Spanungsdicke. Jede Schneide hat einen kleinen Radius. Wenn der Vorschub pro Zahn in die Größenordnung dieses Schneidkantenradius kommt, typischerweise einige Mikrometer, schneidet das Werkzeug nicht mehr sauber, sondern beginnt zu pflügen und zu reiben. Das begrenzt, wie fein ein Schlichtschnitt sein kann, und führt zu Graten.

Rundlauf und Wärmedehnung. Ein Rundlauf von 5 μm an einem 6 mm Werkzeug ist unerheblich. An einem 0.2 mm Werkzeug bedeutet er, dass eine Schneide den größten Teil der Arbeit leistet und früh verschleißt oder bricht. Auch Spindeln wachsen beim Warmlaufen um einige Mikrometer. Betriebe der Mikrozerspanung setzen deshalb Präzisions-Schrumpffutter oder Spannzangenhalter ein, prüfen den Rundlauf für jedes Werkzeug und fahren vor kritischen Arbeiten Warmlaufzyklen.

Typische minimale Merkmalgrößen

Die folgende Tabelle nennt typische Serienlimits in Betrieben der Mikrozerspanung. Spezialisten gehen weiter, meist zu höheren Kosten.

Merkmal Typisches Serienminimum Spezialistengrenze Haupteinschränkung
Gefräste Nutbreite 0.3 mm etwa 0.05 mm Werkzeugdurchmesser und Tiefe
Innenradius 0.1 bis 0.15 mm etwa 0.025 mm Werkzeugradius
Gebohrtes Loch ⌀0.2 mm etwa ⌀0.05 mm Bohrerfestigkeit, Spanabfuhr
Wandstärke, Metall 0.15 mm etwa 0.05 mm Werkzeugbiegung, Schwingungen
Wandstärke, Kunststoff 0.3 mm etwa 0.15 mm Wärme und Spannkraft
Gedrehter Durchmesser ⌀0.3 mm etwa ⌀0.1 mm bei kurzer Länge Werkzeugbiegung, Stangenabstützung
Gewinde M0.8 / 0-80 UNF M0.3 Werkzeugform, Verfügbarkeit von Lehren
Gesamte Teilehüllgeometrie 1 mm unter 1 mm Handhabung und Spannmittel

Die Werte gelten typischerweise für Metalle, sofern nichts anderes angegeben ist, und sind keine Zusage. Das kleinste Merkmal von 0.3 mm, Bohrungen ab ⌀0.2 mm und Wände ab 0.15 mm sind die praktischen Planungswerte für die meisten Anfragen (RFQ).

Mikrowerkzeuge, Tiefe und Seitenverhältnis

Der Durchmesser ist nicht die einzige Frage. Die Tiefe entscheidet, ob ein Merkmal realistisch ist.

Werkzeugdurchmesser Typische maximale Tiefe mit Standardwerkzeug Typische Spindeldrehzahl
1.0 mm 3 mm 20,000 bis 40,000 rpm
0.5 mm 1.5 mm 30,000 bis 50,000 rpm
0.3 mm 0.6 bis 0.9 mm 40,000 bis 60,000 rpm
0.2 mm 0.3 bis 0.6 mm 40,000 bis 80,000 rpm
0.1 mm 0.15 bis 0.3 mm 60,000 rpm und mehr

Typische Werte für Metalle. Langhalswerkzeuge und Sonderstrategien erhöhen die Tiefe bei geringeren Vorschüben.

Beim Bohren gilt als Entsprechung das Verhältnis von Tiefe zu Durchmesser. Bis etwa 5 x Durchmesser ist Routine, 10 x Durchmesser ist mit Spanbrechzyklen (Tieflochbohren mit Rückzug) erreichbar, und darüber hinaus setzen Betriebe Spezialbohrer, Tieflochbohrverfahren oder Erodieren ein. Eine Bohrung von ⌀0.2 mm mit 2 mm Tiefe liegt an der Grenze der normalen Serienfertigung. Dieselbe Bohrung mit 5 mm Tiefe ist ein Spezialistenauftrag.

Toleranzen beim Mikrofräsen und Mikrodrehen

Toleranzen in der Mikrozerspanung lassen sich am besten in drei Stufen lesen.

Stufe Lineartoleranz Wo sie gilt Wirkung auf die Kosten
Allgemein ±0.02 bis ±0.05 mm Nichtfunktionale Merkmale Basis
Serienpräzision ±0.01 mm Die meisten bemaßten Merkmale Mäßig
Ausgewählte Merkmale ±0.005 mm Passungen, Bezüge, optische und fluidische Merkmale Zusätzliche Schnitte und vollständige Messung
Spezialist ±0.002 mm und darunter Bohrungen, Hülsen, Lehrenteile Schleifen, Läppen oder klimatisierte Fertigung

Typische Werte, keine Zusage.

Das Drehen hält Durchmesser enger, als das Fräsen Positionen hält, weil ein gedrehter Durchmesser durch die Spindelrotation erzeugt wird. Beim Langdrehen sind Durchmesser von ±0.005 mm und Wellenpassungen von h5 Routine, wie im Leitfaden zum Langdrehen beschrieben. Beim Fräsen hängen Positionstoleranzen von Maschinengenauigkeit, Temperatur und Aufspannung ab. Deshalb ist ±0.005 mm auf die Lochposition eine Toleranz für ausgewählte Merkmale.

Die Oberflächengüte folgt derselben Logik. Ra 1.6 μm ist typisch für mikrogefräste Flächen, Ra 0.8 μm ist mit Schlichtschnitten erreichbar, und darunter ergänzen Betriebe meist Polieren, Läppen oder Elektropolieren.

Nach ISO 286 beträgt die Grundtoleranz für Nennmaße über 3 bis 6 mm bei IT5 5 μm, bei IT6 8 μm und bei IT7 12 μm. Das ist ein nützlicher Plausibilitätscheck: Wer IT5 auf ein gefrästes Merkmal verlangt, verlangt Spezialistenarbeit.

Konstruktionsregeln, die Mikroteile fertigbar halten

Der größte Teil der Kosten bei Mikroteilen wird auf der Zeichnung entschieden. Diese Regeln tauchen im Feedback der Fertigungsgerechtheitsprüfung (DFM) immer wieder auf.

  • Innenecken mit Radius versehen. Verwenden Sie mindestens den Radius des Werkzeugs, das die Taschentiefe erreichen kann, und geben Sie eine Reserve dazu. Scharfe Innenecken erfordern Erodieren.
  • Taschentiefe auf etwa das Dreifache des kleinsten Werkzeugdurchmessers begrenzen. Tiefere Taschen erfordern Langhalswerkzeuge, langsame Vorschübe und ein höheres Ausschussrisiko.
  • Dünne Wände abstützen. Eine Wand von 0.15 mm sollte kurz sein oder während der Bearbeitung von Material hinterstützt werden. Hohe, dünne Wände rattern.
  • Enge Toleranzen nur dort setzen, wo die Funktion sie braucht. Für den Rest gelten ISO 2768 oder ein allgemeiner Toleranzblock.
  • Den Kantenzustand festlegen. Geben Sie an, ob Kanten gratfrei, mit einer bestimmten Fase gebrochen oder scharf bleiben sollen und wie das geprüft wird.
  • Messbare Bezüge wählen. Ein Mikroteil lässt sich oft nicht dort antasten, wo es bei einem normalen Teil möglich wäre. Bezüge auf gedrehten Durchmessern oder Flächen, die ein Koordinatenmessgerät (KMG) oder ein Bildverarbeitungssystem erreicht, ersparen später Diskussionen.
  • Löcher nach Funktion tolerieren. Eine Durchgangsbohrung braucht nicht dieselbe Toleranz wie eine Stiftpassung.

Hypothetisches Beispiel: Ein optischer Halter von 8 x 8 x 6 mm aus 6061 hat vier Bohrungen ⌀0.4 mm mit ±0.005 mm Positionstoleranz, eine 0.2 mm breite Nut von 1 mm Tiefe und scharfe Innenecken. Das DFM-Feedback würde typischerweise vorschlagen, die Nut auf 0.3 mm zu öffnen oder ihre Tiefe zu verringern, einen Eckenradius von 0.1 mm zu ergänzen und zwei der vier Lochpositionen auf ±0.01 mm zu lockern. Jede Änderung verkürzt Zykluszeit und Prüfaufwand ohne Funktionsverlust.

Spannmittel und Handhabung im Mikromaßstab

Ein Merkmal ist nur so genau wie die Art, wie das Teil während der Bearbeitung gehalten wird. Im Mikromaßstab wird das Spannen zu einer Konstruktionsrandbedingung.

  • Spannverzug. Ein dünnwandiges Gehäuse von 5 mm, im Schraubstock gespannt, kann sich um mehr als seine Toleranz verformen und beim Lösen zurückfedern. Betriebe halten Teile schonend mit Weichbacken, Sondervorrichtungen, Vakuum oder niedrigschmelzenden Klebern.
  • Bearbeitung aus einem größeren Rohling. Viele mikrogefräste Teile werden bearbeitet, solange sie noch an einem größeren Stück Rohmaterial hängen, und erst in einem letzten Arbeitsgang abgetrennt. Das hält das Teil steif, doch an der Trennstelle bleibt eine Spur zurück. Sagen Sie dem Betrieb, wo eine Trennspur zulässig ist.
  • Stege und Rahmen. Mehrere kleine Teile können aus einer Platte gefräst und an kleinen Stegen gehalten werden, ähnlich dem Gussbaum eines Modellbausatzes. Die Stege müssen entfernt und die Stellen nachbearbeitet werden, was zusätzliche Handhabung bedeutet.
  • Teileauffang. Auf Langdrehautomaten fallen fertige Teile in einen Auffangbehälter. Ohne ihn gehen winzige Teile im Späneförderer verloren oder werden durch den Fall beschädigt.
Haltemethode Geeignet für Zu beachten
Präzisions-Spannzange Dreh- und Rundteile Spuren auf dem gespannten Durchmesser
Individuelle Weichbacken Kleine prismatische Teile Rüstkosten, Verzug bei zu festem Anziehen
Vakuumvorrichtung Dünne flache Teile Begrenzte Haltekraft, nur kleine Werkzeuge
Teil im Mutterrohling gehalten Komplexe 5-Achs-Mikroteile Trennspur an der Abtrennstelle
Stege in einer Platte Viele identische flache Teile Stegentfernung und Nachbearbeitung

Typische Praxis zur Orientierung.

Für den Käufer bedeutet das zweierlei. Kennzeichnen Sie die Flächen, auf denen Spannspuren, Trennspuren oder Stegreste nicht zulässig sind. Und akzeptieren Sie, dass ein Betrieb darum bitten kann, ein kleines Merkmal wie eine Fläche oder einen Ansatz zum Halten des Teils zu ergänzen. Das erleichtert oft die Einhaltung der übrigen Toleranzen.

Messen, was Sie festlegen

Ein Merkmal, das sich nicht messen lässt, kann nicht abgenommen werden. Bei Merkmalen unter etwa 0.5 mm passen Standardtaster von Koordinatenmessgeräten (KMG) unter Umständen nicht, und die Antastkraft kann dünne Wände verformen. Bildverarbeitungssysteme, Messmikroskope und Lehrdorne übernehmen. Der Leitfaden zum Messen von Mikroteilen geht darauf im Detail ein. Vorerst gilt eine einfache Regel: Vereinbaren Sie vor der Produktion für jedes kritische Merkmal das Messverfahren.

Nächster Schritt

Nutzen Sie die Referenz zu Toleranzen und Werkstoffen, um Ihre Zeichnung mit typischen Werten abzugleichen. Wenn Sie bereit sind, senden Sie eine Anfrage (RFQ) mit Ihrem kleinsten Merkmal und Ihrer engsten Toleranz. Micropartz vermittelt sie an bis zu 3 passende Betriebe der Mikrozerspanung und antwortet innerhalb von 24 Geschäftsstunden.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der kleinste Schaftfräser im Mikrofräsen?

Werkzeuge bis etwa 0.01 mm gibt es für Forschung und Spezialanwendungen. Im Serieneinsatz des Mikrofräsens sind Schaftfräser von etwa 0.1 bis 1 mm üblich, und viele Betriebe bleiben im Interesse von Standzeit und Prozesssicherheit bei 0.2 mm oder darüber.

Wie tief kann ein Schaftfräser mit 0.2 mm schneiden?

Als typische Faustregel schneidet ein Standard-Mikrofräser bis etwa 1.5 bis 3 mal seinen Durchmesser tief. Langschaftwerkzeuge mit reduziertem Hals kommen weiter, jedoch bei geringerem Vorschub und höheren Kosten. Für ein 0.2 mm Werkzeug bedeutet das Taschen von etwa 0.3 bis 0.6 mm Tiefe ohne Sonderwerkzeuge.

Warum lässt sich nicht jedes Merkmal auf ±0.005 mm halten?

Weil in dieser Größenordnung Spindelrundlauf, Wärmedehnung, Werkzeugverschleiß und die minimale Spanungsdicke jeweils einige Mikrometer beanspruchen. Ein Betrieb kann sie bei ausgewählten Merkmalen mit zusätzlichen Schnitten und Messungen beherrschen, doch wer die Toleranz überall verlangt, vervielfacht Zeit- und Prüfaufwand.

Welchen Innenradius sollte ich bei einer mikrogefrästen Tasche vorsehen?

Mindestens den Radius des kleinsten praktikablen Werkzeugs für die Taschentiefe, am besten etwas größer, damit das Werkzeug nicht mit vollen 180 Grad im Eingriff ist. Wenn Sie eine scharfe Innenecke benötigen, ist in der Regel Erodieren das richtige Verfahren.

Geprüft anhand von

Die Zahlen in diesem Ratgeber sind typische Werte zur Orientierung. Die Zeichnung, das Werkstoffzeugnis und der vermittelte Betrieb legen die tatsächlichen fest.

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