Schruppen beim CNC-Fräsen: Eingriff, Aufmaß und Zeitspanvolumen

Meine praktische Grundlage ist eine selbst auf CNC umgerüstete Optimum BF 20. Welche Werkzeuge, Drehzahlen und Zustellungen an diesem konkreten Umbau geeignet sind, ist hier nicht dokumentiert. Deshalb erkläre ich die Planung mit eigenen Lehrwerten und nenne keine angeblich erprobten BF-20-Schnittdaten.

Schruppen und Schlichten haben verschiedene Aufgaben

Beim Schruppen wird das Rohteil an die Endform angenähert. Je nach Geometrie folgen weitere Vorbearbeitung, Restmaterialbearbeitung und Schlichten. Auch beim Schruppen müssen Werkzeug, Spannung und Werkstück stabil arbeiten; „grob“ bedeutet nicht, dass beliebige Maßfehler oder beschädigte Flächen akzeptabel wären.

Ein geeignetes Aufmaß lässt dem folgenden Werkzeug ausreichend Material für einen kontrollierten Schnitt. Es ist kein allgemeiner Sicherheitszuschlag gegen jede Fehlerquelle. Wird zu wenig stehen gelassen, können unerwünschte Spuren bereits unter der Sollfläche liegen. Viel zu großes oder ungleichmäßiges Restmaterial kann wiederum den Schlichtschnitt überlasten.

Zeitspanvolumen richtig berechnen

Für dieses vereinfachte Fräsmodell gilt Q = aₚ · aₑ · v_f / 1.000, wenn aₚ und aₑ in Millimetern, v_f in Millimetern pro Minute und Q in Kubikzentimetern pro Minute eingesetzt werden. Sandvik Coromant führt dieselbe Größenbeziehung in seiner Formelsammlung auf. Die Division durch 1.000 ist die Umrechnung von mm³ in cm³.

Angenommen, 24 cm³ müssen unter diesen idealisierten konstanten Bedingungen entfernt werden: Bei 2,4 cm³/min wären rechnerisch 10 Minuten reine Eingriffszeit nötig. Das ist keine Programmlaufzeit. Verbindungswege, Einfahren, Rückzüge, Werkzeugwechsel und eine gegebenenfalls abweichende tatsächlich erreichte Vorschubgeschwindigkeit kommen hinzu.

Drehzahl, Zahnvorschub und Eingriff zusammen betrachten

Der Vorschub ergibt sich aus Zahnvorschub, Drehzahl und wirksamer Schneidenzahl. Er kann daher nicht unabhängig vom Werkzeug betrachtet werden. Die Begriffe und Einheiten erklärt der Artikel zur Schnittaufteilung beim Fräsen. Ein verdoppeltes Zeitspanvolumen in der Rechnung bedeutet nicht, dass eine Maschine diesen Arbeitspunkt auch stabil, mit ausreichender Leistung und geeigneter Spanabfuhr erreicht.

Bei kleinen radialen Eingriffen verändert sich außerdem die Spandicke. Herstellerangaben zur jeweiligen Werkzeuggeometrie sind deshalb wichtiger als eine pauschale Regel wie „mehr Vorschub ist beim Schruppen immer besser“. Die Schneidenzahl beeinflusst auch den verfügbaren Spanraum. Werkzeugauskragung, Spannverhältnisse und Werkstoff gehören in dieselbe Betrachtung.

Bahnstrategie und Restmaterial aufeinander abstimmen

Trochoidale und ähnliche Strategien arbeiten mit kontrolliertem radialem Eingriff. Sandvik erläutert dafür Vorteile und Anforderungen an Werkzeug, Programmierung und Maschine. Daraus folgt keine allgemeine Zusage, dass jede als „adaptiv“ bezeichnete Bahn auf jedem Umbau schneller oder sicherer ist. Engstellen und Ecken verdienen besondere Aufmerksamkeit, weil dort der Eingriff zunehmen kann.

Autodesk unterscheidet bei entsprechenden CAM-Strategien radiales Aufmaß an Wänden und axiales Aufmaß am Boden. In einem eigenen rechteckigen Lehrbeispiel soll eine Tasche 40 × 30 mm groß und 8 mm tief werden. Bleiben an jeder senkrechten Wand 0,5 mm und am Boden 0,3 mm stehen, ist der vorbearbeitete freie Bereich idealisiert 39 × 29 mm groß und 7,7 mm tief. Ecken und Werkzeugradien sind in dieser Maßbetrachtung ausgeklammert.

Der radiale Wert wird hier auf beiden gegenüberliegenden Seiten berücksichtigt: 40 − 2 · 0,5 = 39 mm. Bodenaufmaß wird dagegen nur einmal von der Zieltiefe abgezogen. Auf schrägen oder gekrümmten Flächen ist die konkrete CAM-Definition zu prüfen. Dieser Unterschied verhindert typische Fehlinterpretationen von Aufmaßfeldern.

Was ich vor dem ersten Span prüfen würde

Ich würde Rohteil, Spannmittel und Werkzeughalter im CAM-Modell mit der tatsächlichen Aufspannung abgleichen. Anschließend prüfe ich Einfahrbewegung, Bearbeitungshöhen, Restmaterial und Verbindungswege. Der Programmtest muss zum ausgegebenen NC-Programm und zur konkreten Steuerung passen. Eine farbige Simulation allein bestätigt weder Kollisionsfreiheit noch geeignete Schnittdaten.

Während der Bearbeitung sind veränderte Geräusche, sichtbare Schwingungen oder Probleme bei der Spanabfuhr Anlässe, den Prozess kontrolliert zu beurteilen. Späne werden nicht bei laufendem Werkzeug mit der Hand entfernt. Für die Auswertung würde ich Werkzeugzustand, tatsächliche Laufzeit und verbleibendes Aufmaß dokumentieren. So lässt sich eine Strategie nachvollziehbar verbessern, statt nur den Vorschubwert zu erhöhen.