Schruppen in der CNC-Bearbeitung: Ein praktischer Leitfaden zur Bearbeitung von Teilen

In der Welt der CNC-Bearbeitung ist der Prozess der Umwandlung eines rohen Materialblocks in ein fertiges Teil kein einzelner, monolithischer Schritt. Es ist eine sorgfältig orchestrierte Abfolge von Operationen, und die erste, entscheidendste Phase ist das Schruppen. Oft missverstanden als eine Brachialmethode, ist das Schruppen ein strategischer und wichtiger Teil des Bearbeitungsprozesses, der die Grundlage für alles, was folgt, bildet.

Schruppen, auch als Grobbearbeitung bezeichnet, ist die erste Stufe der Materialabtragung. Sein Hauptzweck ist es, eine große Menge an Material so schnell und effizient wie möglich vom rohen Werkstück abzutragen und das Teil in seine nahezu endgültige Form zu bringen. Diese Operation zeichnet sich durch hohe Materialabtragsraten, tiefe Schnitte und hohe Vorschubgeschwindigkeiten aus. Das Ziel ist nicht, feine Details oder eine glatte Oberflächengüte zu erzielen, sondern das überschüssige Material zu entfernen und eine kleine, gleichmäßige Materialschicht für die anschließenden Schlichtoperationen zu hinterlassen.

Die strategische Bedeutung des Schruppens

Stellen Sie sich das Schruppen wie das Bildhauen einer Statue vor. Sie beginnen nicht mit einem Meißel, um eine Nase oder ein Auge zu formen. Sie beginnen mit einem Vorschlaghammer, um große Steinbrocken abzuschlagen und den Block in eine grobe menschliche Form zu bringen. Erst dann wechseln Sie zu feineren Werkzeugen, um die Details zu erstellen. In der CNC-Bearbeitung ist dies genau das, was das Schruppen leistet.

• Spart Zeit und Geld: Durch das aggressive Entfernen von Material reduzieren Sie die Gesamtzykluszeit für ein Teil drastisch. Schlichtoperationen, die langsamere Geschwindigkeiten und leichtere Schnitte erfordern, können lange dauern, um auch nur eine kleine Menge an Material abzutragen. Ein richtig ausgeführter Schruppdurchgang kann 90 % des Materials in einem Bruchteil der Zeit entfernen, die ein Schlichtdurchgang für dieselbe Aufgabe benötigt.

• Verlängert die Werkzeugstandzeit: Das Schruppen verwendet andere Werkzeuge und Schnittparameter als das Schlichten. Durch die Verwendung spezieller Schruppwerkzeuge, die für die Schwerzerspanung ausgelegt sind, schützen Sie Ihre teureren, empfindlichen Schlichtwerkzeuge vor übermäßigem Verschleiß. Ein Schruppwerkzeug ist so konstruiert, dass es die Hitze und die Kräfte der schweren Materialabtragung bewältigen kann, während ein Schlichtwerkzeug auf Präzision und Oberflächenqualität ausgelegt ist.

• Reduziert die Werkstückbelastung: Das Entfernen einer großen Menge an Material von einem Teil kann innere Spannungen verursachen, die dazu führen können, dass sich das Teil verzieht oder verformt. Indem Sie eine gleichmäßige, kleine Materialmenge belassen – oft als „Schlichtzugabe“ bezeichnet – können die Schlichtdurchgänge dieses Material dann gleichmäßig abtragen, wodurch das Verformungsrisiko verringert und sichergestellt wird, dass die endgültigen Abmessungen korrekt sind.

Wichtige Faktoren beim Schruppen: Ein praktischer Ansatz

Um Teile durch Schruppen effektiv zu bearbeiten, müssen Sie einige wichtige Faktoren berücksichtigen, die den Prozess bestimmen.

• Werkzeugauswahl: Das richtige Werkzeug ist beim Schruppen alles. Sie verwenden typischerweise Werkzeuge mit weniger Zähnen und einer robusteren Geometrie, wie z. B. einen Schruppfräser (oft auch als 'Maiskolben'- oder 'Spanbrecher'-Fräser bezeichnet) oder einen Hochleistungs-Vollhartmetallfräser. Diese Werkzeuge sind so konzipiert, dass sie große Späne effizient abführen und den erheblichen Schnittkräften standhalten. Auch die Wahl des Werkzeugmaterials ist entscheidend, wobei Vollhartmetall aufgrund seiner Hitzebeständigkeit und Härte eine beliebte Wahl ist.

• Schnittparameter (Drehzahl & Vorschub): Hier unterscheidet sich das Schruppen wirklich. Im Gegensatz zum Schlichten, bei dem die Drehzahlen langsamer und die Vorschübe geringer sind, verwendet das Schruppen eine Kombination aus hohen Drehzahlen und hohen Vorschubgeschwindigkeiten. Das Ziel ist es, die Materialabtragsrate (MRR) zu maximieren.

  • Schnitttiefe (DOC): Dies ist ein wichtiger Parameter. Beim Schruppen ist die DOC typischerweise sehr groß, oft ein erheblicher Prozentsatz des Werkzeugdurchmessers. Dies ermöglicht es Ihnen, Material schnell in einem einzigen Durchgang abzutragen.

  • Vorschubgeschwindigkeit: Die Vorschubgeschwindigkeit, also wie schnell sich das Werkzeug durch das Material bewegt, ist beim Schruppen ebenfalls viel höher.

  • Spindeldrehzahl: Die Spindeldrehzahl (RPM) hängt vom Werkzeugdurchmesser und dem zu schneidenden Material ab. Eine allgemeine Regel ist, die Oberflächengeschwindigkeit hoch genug zu halten, um effektiv zu schneiden, aber nicht so hoch, dass übermäßige Hitze erzeugt wird, die das Werkzeug oder das Werkstück beschädigen könnte.

• Kühlmittel und Spanmanagement: Das Schruppen erzeugt eine erhebliche Menge an Wärme und Spänen. Eine ordnungsgemäße Kühlmittelzufuhr ist unerlässlich, um zu verhindern, dass das Werkzeug überhitzt, und um die Schnittzone zu schmieren. Das Kühlmittel hilft auch, die Späne wegzuspülen, was beim Schruppen ein großes Problem darstellt. Wenn Späne nicht effektiv abgeführt werden, können sie erneut geschnitten werden, was zu Werkzeugverschleiß, schlechter Oberflächengüte und sogar Werkzeugbruch führt.

• Werkzeugwegstrategie: Moderne CNC-Software bietet fortschrittliche Werkzeugwegstrategien, die das Schruppen optimieren. Techniken wie Hocheffizienzfräsen (HEM), Trochoidales Fräsen und Adaptives Schruppen sind darauf ausgelegt, eine konstante Werkzeugbelastung aufrechtzuerhalten, indem die Schnittbreite variiert wird. Dies ermöglicht tiefere Schnitte und schnellere Vorschübe, wodurch die MRR drastisch erhöht und die Werkzeugstandzeit verlängert wird. Anstelle von geradlinigen Durchgängen verwenden diese Werkzeugwege eine Reihe von sanften, kontrollierten Bögen, die die Schnittkräfte konstant halten.

Der Schruppprozess: Ein Schritt-für-Schritt-Beispiel

Stellen Sie sich vor, Sie bearbeiten eine einfache Halterung aus einem massiven Aluminiumblock.

1. Ersteinrichtung: Sie befestigen den Aluminiumblock in einem Schraubstock und legen den Teile-Nullpunkt fest.

2. Auswahl des Schruppwerkzeugs: Sie wählen einen 1/2-Zoll-Vollhartmetall-Schruppfräser.

3. Werkzeugwegerzeugung: Mit CAM-Software erstellen Sie einen Schruppwerkzeugweg. Die Software erzeugt eine Reihe von Schnitten, um den Großteil des Materials zu entfernen und eine gleichmäßige Schlichtzugabe von 0,020 Zoll auf allen Oberflächen zu hinterlassen.

4. Schnittparameter: Sie stellen die Spindeldrehzahl, die Vorschubgeschwindigkeit und die Schnitttiefe basierend auf dem Werkzeug und dem Material ein. Für Aluminium könnte dies eine Spindeldrehzahl von 8.000 U/min, eine Vorschubgeschwindigkeit von 50 Zoll pro Minute und eine Schnitttiefe von 0,300 Zoll sein.

5. Ausführung: Die CNC-Maschine führt das Schruppprogramm aus. Sie werden sehen, wie große, fließende Späne entstehen, während die Maschine aggressiv Material abträgt und das Teil in seine ungefähre Form bringt.

6. Zwischenprüfung: Sobald das Schruppen abgeschlossen ist, können Sie eine schnelle Maßkontrolle durchführen, um sicherzustellen, dass das Schruppen erfolgreich war und dass genügend Material für die Schlichtdurchgänge verbleibt.

7. Werkzeugwechsel: Das Schruppwerkzeug wird dann gegen ein Schlichtwerkzeug ausgetauscht, z. B. einen hochwertigen 3-Zahn-Fräser.

8. Schlichten: Die Schlichtdurchgänge werden dann ausgeführt. Diese Durchgänge haben eine geringe Schnitttiefe und eine langsamere Vorschubgeschwindigkeit, um die endgültigen Abmessungen und eine glatte Oberflächengüte zu erzielen.

Schruppen ist mehr als nur das Entfernen von Material; es ist die Grundlage für einen erfolgreichen Bearbeitungsprozess. Eine gut geplante und ausgeführte Schruppstrategie spart nicht nur Zeit und Geld, sondern schützt auch Ihre Werkzeuge und stellt sicher, dass das fertige Teil nach höchstmöglichem Standard hergestellt wird.