Good Vibrations:So optimieren Sie Ihre Maschineneinstellungen, um Rattern zu minimieren

Verlangsamt Geschwätz die Produktivität Ihres Shops? Wir sprechen mit Experten über einen neuen Ansatz zur Minimierung von Vibrationen bei der Herstellung von bearbeiteten Teilen, was bedeutet, dass Sie mehr Teile schneller und mit weniger Ausschuss auf den Markt bringen können.

Übermäßige Bearbeitungsvibrationen, auch Rattern genannt, sind der Feind jeder effizienten Metallbearbeitung.

Das unerwünschte Schütteln – das der relativen Bewegung zwischen dem Werkstück und dem Schneidwerkzeug entspricht – führt zu übermäßigem Verschleiß Ihrer Werkzeuge und Maschinen und erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass ein Bearbeitungsprozess ein Produkt produziert, das nicht den richtigen Teilespezifikationen entspricht, sagt Tony Schmitz, Professor für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt und Biomedizintechnik an der University of Tennessee, Knoxville.
 

In den letzten zwei Jahren haben Schmitz und sein Kollege Dave Barton, ein Veteran der Fertigungsindustrie, mit einem Team von Ingenieuren des Oak Ridge National Laboratory zusammengearbeitet, um ein Tool einzuführen, das Werkstätten hilft, Maschinenvibrationen besser zu optimieren.
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„Beim Fräsen haben Sie einen rotierenden Fräser, der die Späne entfernt“, erklärt Schmitz, der auch Joint Faculty am ORNL ist. Die Schneidkraft wächst und sinkt mit jedem Zahneingriff, fügt er hinzu. „Stellen Sie sich das wie einen Herzschlag vor – mit dem Zahn, der in Kontakt kommt und wieder herauskommt. Es ist diese auf- und abgehende Kraft, die Vibrationen verursacht.“

Einen Weg zu finden, das Rattern intelligent zu reduzieren und einen rhythmischen „Herzschlag“ der Bearbeitung aufrechtzuerhalten, hat nicht nur mit der Geschwindigkeitskontrolle zu tun, sondern auch mit der Optimierung einer Maschine, indem man die an der Werkzeugspitze auftretenden Vibrationen im Verhältnis zum bearbeiteten Material und die jeweiligen Einstellungen versteht Maschine, erklärt Barton.

Die Herausforderung ergibt sich aus der Tatsache, dass jede Werkzeugmaschinenkonfiguration ihren eigenen Satz einzigartiger Vibrationsfrequenzen hat. Das macht das Testen jedes Werkzeughalter-Spindel-Maschinen-Setups für ein Produkt kritisch, und das ist oft eine zeitaufwändige Arbeit für Werkstätten. Diese Informationen sind jedoch erforderlich, um ohne kostspieliges Ausprobieren die optimalen Bearbeitungsparameter zu finden.

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Wie Shops normalerweise Chatter minimieren 

Für die meisten Maschinisten und Werkstätten ist der Umgang mit Geschwätz ein Prozess von Versuch und Irrtum – es ist mehr oder weniger nur eine Vermutung, sagt Barton.

Es ist durchaus üblich, dass sich Maschinisten auf die empfohlenen Einstellungen verlassen, die von Werkzeugherstellern bereitgestellt werden, um Rattern zu reduzieren, oder auf dichte Geschwindigkeits- und Vorschubtabellen, sagt Schmitz. Dann passen die Maschinisten die Einstellungen nach Bedarf an, fügt er hinzu:„Die Herausforderung besteht darin, dass diese Geschwindigkeiten und Vorschübe, die in einem Buch oder online zu finden sind, die Dynamik Ihrer Maschine und Einrichtung nicht berücksichtigen.“

Typischerweise veröffentlichen Maschinen- und Werkzeughersteller Parameter bei hohen, mittleren und niedrigen Geschwindigkeiten für das Oberflächenmaterial und den Vorschub, sagt Jamie Goettler, Director of Metalworking Innovation bei MSC.

Basierend auf diesen Informationen werden die meisten Maschinisten „direkt in die Mitte gehen“, sagt Goettler. „Wenn es Probleme oder Geschwätz gibt, weichen sie zurück, bis sie eine stabile Betriebsrate finden.“

Mit diesem Ansatz führen Geschäfte in der Regel einen Testlauf für jedes neue Material oder Produktteil durch, fügt er hinzu. Ein Maschinist beginnt damit, das Werkzeug mit der vom Hersteller empfohlenen Geschwindigkeit, dem Vorschub und den Schnitttiefen laufen zu lassen, und muss dann jeden dieser Parameter über mehrere Testdurchgänge intuitiv anpassen.

So funktioniert MSC MillMax:

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Es ist nicht ungewöhnlich, dass eine Werkstatt den größten Teil einer ganzen Schicht damit verbringt, ihre Einrichtung zu optimieren, bevor sie mit der Teileproduktion beginnt, sagt Goettler. Es ist leicht zu verstehen, warum sich Unternehmen diese Zeit nehmen, sagt er:Sie streben danach, maximale Produktivität zu erreichen, Verschwendung zu kontrollieren und die Lebensdauer von Werkzeugen und Maschinen zu verlängern.

Einige Betriebe führen möglicherweise detaillierte Protokolle und Tabellenkalkulationen für verschiedene Kombinationen von Werkzeugkonfigurationen für bestimmte Arbeitsergebnisse, nur um festzustellen, dass sie bei der nächsten Verwendung dieser Kombination möglicherweise rattern, weil ihre ursprünglichen Ergebnisse nicht robust oder wiederholbar waren. Andere Shops kämpfen jeden Tag gegen das Geschwätz, indem sie manuelle Überschreibungen verwenden oder verschiedene Tools ausprobieren.

Eine neue Tooling-Technologie zur Reduzierung von Chattern 

Barton und Schmitz sagen, dass MSC MillMax, das von ihnen entwickelte Werkzeug zur Auswahl der Fräsparameter, die Optimierung zu einem schnelleren Prozess machen kann.

Die größte Sorge ist, wie das Werkzeug an seiner Spitze schneidet, erklärt Schmitz. Die Messung des „spezifischen Schwingungsverhaltens an der Werkzeugspitze“ liefert die entscheidenden Daten, die Werkstätten benötigen, um jede Setup-Kombination zu perfektionieren, fügt er hinzu. „Man kann sich vorstellen, dass jede Werkzeughalter-Spindel-Maschinen-Kombination einen einzigartigen dynamischen Fingerabdruck hat. Mit MillMax können Sie den Fingerabdruck messen und diese Kombination optimal nutzen.“

MillMax ist ein kleines Kit, das einen Sensor verwendet, um die Vibrationsfrequenzdaten zu sammeln und sie dann nahezu in Echtzeit auf einem digitalen Dashboard anzuzeigen. Ausgestattet mit diesen Informationen kann eine Werkstatt eine Einrichtung aufbauen, die es ihren Maschinisten ermöglicht, Teile mit der schnellstmöglichen Geschwindigkeit zu produzieren und die Metallabtragung zu maximieren, sagt Barton.

„Wir befestigen einen kleinen Sensor an der Spitze des Werkzeugs und klopfen dann mit einem instrumentierten Hammer auf das Werkzeug, um die Vibrationsdaten zu erhalten“, erklärt er. Es gibt „Milliarden potenzieller Mahlsystemkombinationen von Artikeln im MillMax-System.“

Sobald Sie die Einrichtung für ein bestimmtes Arbeitsprodukt auf einer bestimmten Maschine vorgenommen haben, müssen Sie nicht noch einmal tippen, fügt Schmitz hinzu. Sie tippen nur erneut, wenn Sie die Werkzeuglänge oder die Maschine ändern, die Sie verwenden möchten.

„Wir versuchen nicht, ein bestimmtes Werkzeug zu verkaufen, sondern ihnen dabei zu helfen, das richtige Werkzeug zu finden“, sagt Barton. Im Wesentlichen „sind wir der Wahrheitsdetektor“, der einem Geschäft tatsächliche Daten darüber zeigen kann, was mit der Vibrationsfrequenz in seinen einzigartigen Setups passiert, oder um mehrere Setups zu vergleichen. „Und wir können es in wenigen Minuten erledigen“, fügt er hinzu.

Verwenden Sie den richtigen Schaftfräser für den Job? Lesen Sie unseren Artikel „Wann Sie Ihre Schaftfräser aufrüsten sollten“, um es herauszufinden.