Grobes Fräsen vs. Schlichtfräsen: Hauptunterschiede und -praktiken

In der Welt der CNC-Bearbeitung ist der Weg von einem rohen Metallblock zu einem präzisionsgefertigten Bauteil selten ein einstufiger Prozess. Effizienz und Qualität stehen oft im Widerspruch zueinander: Je schneller Sie Material abtragen, desto schlechter wird die Oberflächenqualität. Um diesen Konflikt zu lösen, teilen Zerspaner den Fräsprozess in zwei verschiedene Phasen ein: Grobfräsen und Schlichtfräsen. Das Verständnis der grundlegenden Unterschiede zwischen diesen beiden Arbeitsgängen ist unerlässlich, um Zykluszeiten zu optimieren, die Werkzeugstandzeit zu verlängern und sicherzustellen, dass jedes Teil seine geforderten Spezifikationen erfüllt.

Die grundlegende Rolle des Grobfräsens

Grobfräsen, oft einfach als "Schruppen" bezeichnet, ist die Schwerstarbeit-Phase des Bearbeitungszyklus. Sein Hauptziel ist es, die maximale Materialmenge in kürzester Zeit abzutragen. Wenn ein Zerspaner mit einem "Rohling"—dem Rohmaterial—beginnt, wird das Schruppen verwendet, um den Großteil des Abfalls "auszuhohlen" und das Werkstück seiner endgültigen Form anzunähern.

In dieser Phase konzentriert man sich ausschließlich auf die Materialabtragsrate (MRR) und nicht auf Ästhetik oder extreme Präzision. Beim Schruppen werden typischerweise große Zustelltiefen und hohe Vorschübe verwendet. Da das Werkzeug erheblichen Belastungen ausgesetzt ist, erzeugt das Schruppen erhebliche Wärme und Vibrationen. Aus diesem Grund sind Schruppwerkzeuge anders konstruiert als ihre Schlichtgegenstücke. Schruppfräser weisen oft ein "Maiskolben"- oder wellenförmiges Zahnprofil auf. Dieses Design zerlegt Späne in kleinere Teile, was die Schnittkräfte reduziert und einen aggressiveren Materialabtrag ermöglicht, ohne das Werkzeug zu zerbrechen.

Die Präzisionskunst des Schlichtfräsens

Sobald die Schruppphase die allgemeine Geometrie des Teils herausgearbeitet hat, übernimmt das Schlichtfräsen. Das Schlichten ist der letzte Bearbeitungsschritt, der darauf ausgelegt ist, die exakten Abmessungen, engen Toleranzen und glatten Oberflächenstrukturen zu erreichen, die in den technischen Zeichnungen angegeben sind. Im Gegensatz zum Schruppen, das eine "geriffelte" oder abgestufte Oberfläche hinterlässt, zielt das Schlichten auf einen "spiegelartigen" oder hochwertigen Ra-Wert (Rauheitsdurchschnitt) ab.

Beim Schlichtfräsen wird die Zustelltiefe deutlich reduziert—oft nur wenige Tausendstel Zoll. Die Vorschübe werden verlangsamt und die Spindeldrehzahlen häufig erhöht. Diese Kombination minimiert die Durchbiegung des Werkzeugs und reduziert die Wärmeübertragung auf das Teil, wodurch eine Wärmeausdehnung verhindert wird, die Messungen verfälschen könnte. Schlichtwerkzeuge haben typischerweise mehr Nuten als Schruppwerkzeuge—oft vier bis sechs oder mehr—um einen gleichmäßigeren Eingriff in das Material und ein feineres Finish zu gewährleisten.

Hauptunterschiede zwischen Schruppen und Schlichten

Die Unterscheidung zwischen diesen beiden Prozessen lässt sich anhand mehrerer kritischer Parameter zusammenfassen:

1. Materialabtragsrate und EffizienzBeim Schruppen geht es um Geschwindigkeit und Volumen. Es ist die Phase, in der die Leistung der Maschine wirklich getestet wird. Das Schlichten hingegen trägt nur sehr wenig Material ab; seine "Effizienz" wird daran gemessen, wie genau es eine Zielabmessung trifft, und nicht daran, wie viele Kubikzoll Metall es pro Minute in Späne verwandeln kann.

2. SchnittparameterDas "Rezept" für jeden Prozess ist das genaue Gegenteil. Beim Schruppen werden eine große Zustelltiefe (DOC) und ein hoher Vorschub pro Zahn (FPT) verwendet. Beim Schlichten werden eine geringe DOC und ein niedrigerer Vorschub verwendet, um sicherzustellen, dass das Werkzeug nicht am Material "reibt", sondern es sauber abschert.

3. WerkzeuggeometrieSchruppwerkzeuge sind auf Stabilität ausgelegt. Sie haben oft dickere Kerne und spezielle Beschichtungen, um der abrasiven Natur von Grobschnitten zu widerstehen. Schlichtwerkzeuge sind auf Schärfe ausgelegt. Ihre Schneiden sind auf einen feinen Punkt geschliffen, um das Material zu schneiden, wodurch der "Grat" am Rand des Teils reduziert wird.

4. Genauigkeit und OberflächenqualitätEin grob gefrästes Teil hat typischerweise eine Oberflächenrauheit von Ra 3,2 bis 6,3 Mikrometern, die sich rau anfühlt. Ein schlichtgefrästes Teil kann leicht Ra 0,8 Mikrometer oder besser erreichen und erscheint glatt und reflektierend. Darüber hinaus kann das Schruppen 0,5 mm "Material" am Teil belassen, während das Schlichten das Teil auf Mikrometer genau auf seine vorgesehene Größe bringt.

Best Practices für das Grobfräsen

Um die Effektivität eines Schruppdurchgangs zu maximieren, sollten sich Zerspaner auf Stabilität und Spanabfuhr konzentrieren. Da die Kräfte so hoch sind, muss das Werkstück fest auf dem Maschinentisch eingespannt werden. Jede Bewegung während eines Schruppschnitts kann zu Werkzeugbruch oder "Ausbrüchen" am Teil führen.

Eine moderne Technik ist das "Hocheffizienzfräsen" (HEM). Anstatt einen tiefen radialen Schnitt (Breite) auszuführen, verwendet HEM eine große axiale Zustelltiefe (Länge des Werkzeugs) mit einem sehr geringen radialen Eingriff. Dies verteilt den Verschleiß über die gesamte Länge der Nut und nicht nur über die Spitze, wodurch die Werkzeugstandzeit erheblich verlängert und gleichzeitig eine hohe MRR beibehalten wird. Darüber hinaus ist die Verwendung von Kühlschmierstoff während des Schruppens unerlässlich, um die riesige Späne zu entfernen und zu verhindern, dass sie "nachgeschnitten" werden, was eine der Hauptursachen für vorzeitigen Werkzeugausfall ist.

Best Practices für das Schlichtfräsen

Das Schlichten erfordert eine andere Denkweise—eine, die sich auf Finesse konzentriert. Eine der wichtigsten Praktiken beim Schlichten ist das "Gegenlauffräsen". Beim Gegenlauffräsen dreht sich das Werkzeug mit dem Vorschub, wodurch ein Span entsteht, der dick beginnt und sich verdünnt. Dies erzeugt weniger Wärme und ein viel saubereres Oberflächenfinish im Vergleich zum "Gleichlauffräsen".

Ein weiterer kritischer Faktor ist der Werkzeug"Rundlauf". Selbst ein winziges Wackeln im Werkzeughalter kann ungleichmäßige Markierungen auf einer fertigen Oberfläche verursachen. Für Schlichtdurchgänge wird die Verwendung von hochpräzisen hydraulischen oder Schrumpfspannfuttern empfohlen, um sicherzustellen, dass sich das Werkzeug perfekt zentriert dreht. Schließlich müssen Zerspaner die "Werkzeugdurchbiegung" berücksichtigen. Selbst die stärksten Stahlwerkzeuge biegen sich unter Druck leicht durch. Um dies auszugleichen, ist es üblich, einen "Federdurchgang"—einen zweiten Schlichtdurchgang mit derselben Abmessung—durchzuführen, um Material zu entfernen, das durch die Werkzeugbiegung während des ersten Durchgangs zurückgelassen wurde.

Fazit

Grobfräsen und Schlichtfräsen sind zwei Hälften eines Ganzen. Der Versuch, die Schruppphase zu überspringen, führt in der Regel zu Werkzeugbruch und Zeitverlust, während die Vernachlässigung der Schlichtphase zu Teilen führt, die die Inspektion nicht bestehen. Durch die Anwendung aggressiver, volumenstarker Strategien beim Schruppen und präziser, sorgfältiger Techniken beim Schlichten können Hersteller qualitativ hochwertige Teile effizient und kostengünstig herstellen.