Bearbeitungsrattern beherrschen:Ursachen, Vorbeugung und Optimierung

Das Rattern bei der Zerspanung tritt in nahezu allen Fertigungsprozessen auf. Die in der Fertigung verwendeten schweren Maschinen erzeugen starke Vibrationen, was zu einer schlechten Oberflächengüte und einer Verschlechterung der Maßhaltigkeit führt.

Maschinenbauer müssen sich bei verschiedenen Prozessen wie CNC-Drehen, Fräsen oder Bohren mit dieser unerwünschten Vibration auseinandersetzen. Es wäre jedoch hilfreich, das Rattern bei der Bearbeitung und seine Ursachen zu verstehen und zu wissen, wie man es vermeidet, da es dazu beiträgt, Ausfallzeiten zu vermeiden, die für Unternehmen schrecklich sind.

In diesem Artikel werden die Chattering-Definition, die Chattering-Typen, ihre Folgen und wie man sie vermeidet, erläutert.

Was ist Rattern bei der Bearbeitung?

Unter Rattern bei der Bearbeitung versteht man unerwünschte Vibrationen, die beim Schneiden oder Bohren von Teilen auftreten. Das Rattern ist auf das Vibrationsungleichgewicht zurückzuführen, bei dem sich Werkstück und Werkzeug immer wieder relativ zueinander bewegen. Die Vibration entsteht, wenn sich das bearbeitete Teil und das Schneidwerkzeug in entgegengesetzte Richtungen bewegen, was zu einer unterschiedlichen Schnittlast des Bearbeitungswerkzeugs pro Umdrehung führt.

Dies kann auf eine unsachgemäße Konstruktion für die Herstellung oder unzureichende Werkzeuge zurückzuführen sein. Durch das Rattern entstehen meist laute Geräusche und eine sichtbare Welligkeit auf der Oberfläche der bearbeiteten Bauteile. Es gibt zwei Formen von Bearbeitungsrattern, nämlich:

• Resonanzvibration
• Nicht resonante Vibration

Durch den Einsatz ungleichmäßig abgenutzter Werkzeuge an Werkstücken entstehen nicht resonante Schwingungen. Diese Vibration ist oft während des gesamten Bearbeitungszyklus konstant und hat leicht zu untersuchende mechanische Ursachen.

Andererseits treten Resonanzvibrationen an bestimmten Stellen im Werkzeugweg auf, beispielsweise bei der Bearbeitung konkaver Ecken.

Arten von Rattern bei der Bearbeitung

Es gibt zwei Haupttypen von Rattern, die bei der CNC-Bearbeitung auftreten können. Dazu gehören Folgendes:

Tool Chatter

Im Allgemeinen vibrieren CNC-Fräser während des Schneidvorgangs. Sie beginnen mit dem Besäumen, übertragen dabei die Vibration auf das Werkstück und fügen verschiedene Funktionen hinzu. Dadurch beginnen Werkzeug und Werkstück gegeneinander zu rutschen, wodurch das Rattern deutlich zunimmt.

Werkstückrattern

Wenn Sie das Werkstück falsch auf dem Arbeitstisch der Fräsmaschine befestigen, kann es manchmal zu Versätzen und Vibrationen kommen. Infolgedessen kann die dünne Wand des Werkstücks bei der Übertragung auf das Schneidwerkzeug zu vibrieren beginnen.

Es ist wichtig zu beachten, dass manche Gespräche oft unvermeidbar sind. Wenn die bei der Bearbeitung auftretenden Vibrationen mehr als 100 µm betragen, kann es zu Kratzern auf der Oberfläche Ihres Werkstücks kommen. Für die Qualität Ihres Produkts wäre es jedoch am besten, wenn Sie erwägen, etwas gegen das Rattern von Werkzeug und Werkstück zu unternehmen. Im Folgenden besprechen wir, wie man Chattering vermeidet.

Welche Folgen hat Rattern bei der Bearbeitung?

Wenn das Rattern bei der Bearbeitung unkontrolliert bleibt, kann es verschiedene nachteilige Auswirkungen haben, wie z. B. eine Verringerung der Bearbeitungseffizienz. Hier sind einige davon:

Reduzierte Werkzeugstandzeit

Schneidwerkzeuge können den Vibrationsstößen der Werkzeuge, die gegen die Werkstücke schlagen, nicht standhalten. Diese Erschütterungen können dazu führen, dass das Schneidwerkzeug absplittert und stumpf wird, wodurch die Oberflächenqualität der geschnittenen Teile beeinträchtigt wird. Außerdem verringert sich dadurch die Werkzeuglebensdauer und die Schneideffizienz, und der Werkzeugwechsel ist teuer.

Reduzierte Maschinenlebensdauer

Die Werkzeugmaschine, die für verschiedene Bearbeitungskomponenten verwendet wird, besteht aus verschiedenen Teilen, so dass diese Komponenten bei Vibrationen mit der gleichen Frequenz vibrieren. Die Spindel und andere wichtige Elemente, die die verschiedenen Bewegungsachsen erzeugen, können schneller verschleißen als angenommen. Infolgedessen werden die Maschinenkomponenten durch Maschinenvibrationen übermäßig beansprucht, und wenn sie nicht kontrolliert werden, kann dies die Bearbeitungseffizienz verringern und Ausfallzeiten verursachen.

Schlechte Oberflächenbeschaffenheit

Rattern bei der Bearbeitung beeinträchtigt die ästhetischen Eigenschaften des Werkstücks und kann in Extremsituationen zu einer Verringerung der Toleranzen führen. Eine der offensichtlichsten Folgen von Maschinenrattern ist eine schlechte Oberflächenrauheit. Durch das Rattern entsteht eine sichtbare Welligkeit auf der Oberfläche, die die Qualität und Haltbarkeit des Teils beeinträchtigt.

Reduzierte Maßgenauigkeit

Wenn ein Schneidwerkzeug während der CNC-Bearbeitung klappert, entgleist es von seinem CAM-initiierten Pfad. Diese Abweichung kann jedoch dazu führen, dass die Teile nicht richtig passen. Diese Teile können aufgrund ungenauer Abmessungen zu eng, zu lang, zu kurz oder zu locker sein.

Fertigungsunternehmen wenden unterschiedliche Methoden an, um das Rattern bei Bearbeitungsvorgängen zu minimieren und sicherzustellen, dass sowohl Werkstücke als auch Schneidwerkzeuge in gutem Zustand sind. Hier sind einige dieser Schritte zur Reduzierung von Rattern während der CNC-Bearbeitung:

Bearbeitungsstrategie optimieren

Der Eingriffsgrad des Fräsers in das Werkstück variiert beim herkömmlichen Fräsen. Bei der Bewegung entlang der Bahn wird regelmäßig eine übermäßige Kraft auf den Fräser ausgeübt. Daher besteht die beste Möglichkeit, das Rattern zu reduzieren, darin, einen regelmäßigen Eingriffs-Werkzeugweg zu erreichen. Alternativ können Sie die Schnitttiefe reduzieren.

Versuchen Sie auch, die Konfiguration der Spindel zu überdenken. Wenn beispielsweise Resonanzvibrationen die Ursache für die Bearbeitungsvibrationen sind, erhöhen oder reduzieren Sie die Drehzahl der Maschine um 5 %, um die auftretenden Resonanzvibrationen zu minimieren. Beachten Sie, dass einige CAM-Softwarefunktionen über Funktionen verfügen, mit denen Sie die Spindelgeschwindigkeiten konsistent variieren können. Die meisten Hersteller übernehmen diese Funktion aufgrund ihrer Vielseitigkeit.

Übernehmen Sie die richtige Arbeitshaltung

Ausgeglichene Werkzeugmaschinen zeichnen sich durch eine bessere Einstellung aus. Mehrere Faktoren wie falsche Positionen und Befestigungen sind die Hauptursachen für Rattern bei der CNC-Bearbeitung. Der Werkzeughalter mit Stirnflächen- und Bandkontakt trägt jedoch dazu bei, maximale Steifigkeit bei der Bearbeitung zu gewährleisten. Dadurch wird die Oberflächenqualität der Bauteile auch bei niedrigsten Drehzahlen nicht beeinträchtigt.

Sie müssen auch prüfen, ob der Maschinenschraubstock, der Vakuumtisch, das Spannfutter oder eine andere Werkstückhaltevorrichtung ausreichend Druck auf das Werkstück ausübt, um es fest und in Position zu halten.

Wenn Sie über den Einsatz von Vorrichtungen und Vorrichtungen nachdenken, um den erforderlichen Spanndruck auszuüben, spannen Sie jedoch nicht nur ein Ende eines ausgedehnten, dünnen Werkstücks. Bei dünnwandigen Teilen ist es eher schwierig, Stöße abzufangen. Dadurch erhöhen Füllmaterialien ihre Gesamtsteifigkeit und reduzieren das Rattern. Für solche Bauteile bietet sich ein Reitstock oder ein ähnlich stabiles Auflagegestell an.

Verwenden Sie das richtige Schneidwerkzeug

Durch die Verwendung des richtigen Schneidwerkzeugs können Bearbeitungsvibrationen vermieden werden. Manche Schneidwerkzeuge erzeugen mehr Vibrationen als andere. Es ist nicht einfach, das Rattern eines Werkzeugs wie das eines Werkstücks zu beseitigen. Daher sollten Sie bei jedem Tool Ihrer Wahl die folgenden Faktoren berücksichtigen:

• Beschichtung eines Werkzeugs
• Korrekte Substratgeometrie
• Das Seitenverhältnis eines Tools

Maschinisten und Ingenieure verwenden oft die größte Werkzeugmaschine, die gut passt, wenn sie den technischen Spezifikationen entspricht. Je stabiler ein Fräser ist, desto geringer ist die Wahrscheinlichkeit, dass er klappert. Lange oder dünne Werkzeuge verbiegen sich oft. Erwägen Sie daher die Wahl kürzerer Werkzeuge mit dem größten Durchmesser.

Allerdings ist die Kombination verschiedener Werkzeuge mit unterschiedlichen Nutformen die effektivste Möglichkeit, Vibrationen bei der Bearbeitung zu minimieren. Erwägen Sie außerdem, die aus dem Halter herausragenden Werkzeuge zu verkleinern und fest zu befestigen. Danach ist es weniger wahrscheinlich, dass Maschinengeräusche auftreten.

Stellen Sie sicher, dass Ihre Fräser über scharfe Klingen verfügen, die die Schnittkraft von CNC-Fräsmaschinen minimieren. Sie sollten immer die Stabilität der Verarbeitungsumgebung und die zeitnahe Wartung des Schneidgeräts berücksichtigen. Ebenso ist es wichtig, den richtigen und gleichmäßigen Werkzeugdruck auszuüben, damit die Spanbelastung gleichmäßig ist.

Bestimmen Sie den idealen Werkzeugweg

Es gibt zwei Arten von CNC-Fräsvorgängen:Aufwärtsfräsen und Abwärtsfräsen. Wenn Sie die Schnittkraft in die gleiche Richtung wie die Spannrichtung ausüben, kann das Rattern gebogener Teile verringert werden. Es ist oft ein wesentlicher Aspekt des Schneidens, der berücksichtigt werden muss.

Im Allgemeinen verfügen CNC-Fräsmaschinen über vorinstallierte Kugelumlaufspindeln, die die Effizienz und Präzision der CNC-Maschinentechnologie unterstützen. Daher können Sie ein vertikales Bearbeitungszentrum einsetzen, um Rattern während des Schneidvorgangs zu verhindern.

Maschineneinstellung und -wartung

Wie erwartet sollte Ihre CNC-Maschine auf einem Betonboden ohne Risse, Verformungen oder Unterbrechungen installiert werden. Sie sollten wissen, dass die Anordnung Ihrer Maschine eine entscheidende Rolle bei der Minimierung des Ratterns spielt, das während der Bearbeitung auftritt.

Dies liegt daran, dass eine elastische, weiche oder beschädigte Strömung das Zittern eines CNC-Elements verstärken kann. Daher sollten Sie die Verwendung von Ankern und Stellfüßen in Betracht ziehen, um die CNC-Einheit fest und stabil zu halten und Vibrationen zu minimieren.

WayKen hilft bei der Bereitstellung effektiver Bearbeitungslösungen

Es ist immer schwierig, verschiedene kleine Probleme bei Bearbeitungsvorgängen zu vermeiden, wie zum Beispiel Rattern, die das Endergebnis beeinträchtigen können. Dann benötigen Sie einen Experten für CNC-Bearbeitung, der Sie bei der Bewältigung des Problems unterstützt.

Bei WayKen sind unsere Maschinisten mit über 20 Jahren Bearbeitungserfahrung bereit, auf alle Bearbeitungsherausforderungen zu reagieren und diese zu lösen. Von einfachen bis hin zu komplex geformten Teilen sind wir stets in der Lage, effektive Bearbeitungslösungen auf kostengünstige Weise anzubieten. Dadurch können Sie sicher sein, dass Sie das gewünschte Produkt erhalten. Laden Sie noch heute Ihre CAD-Datei hoch und erhalten Sie ein kostenloses Angebot und DfM-Feedback.

Schlussfolgerung

Rattern ist ein Bearbeitungseffekt, der zu einem erheblichen Produktivitätsrückgang führt. Es wirkt sich auf die Maschinenleistung, die Werkstückqualität, das Schneidwerkzeug und die Lebensdauer der Werkzeugmaschine aus. Verschiedene Faktoren tragen zu seinem Auftreten bei, angefangen vom Installationsort der Maschine bis zum Werkzeugweg.

Wenn Sie jedoch starke Vibrationen bemerken, prüfen Sie das Vorkommnis gründlich. Stellen Sie sicher, dass das Werkzeug und das Werkstück richtig gehalten werden und die konfigurierten Bearbeitungsoptionen korrekt sind, um dieses Rattern effizient zu reduzieren.

FAQs

Was sind Rattermarken bei der Bearbeitung?

Rattermarken sind unregelmäßige Oberflächenfehler, die durch eine beim Schleifen aus der Drehung geratene Scheibe entstehen, oder regelmäßige Markierungen, die beim Drehen eines langen Werkstücks auf einer Drehmaschine aufgrund von Bearbeitungsvibrationen entstehen.

Was verursacht Rattern bei Bearbeitungsvorgängen?

Die beim Schnitt entstehenden Schnittkräfte erhöhen sich erheblich, wenn Ihre Werkzeugmaschine übermäßigem Verschleiß ausgesetzt ist. Eine erhöhte Schnittkraft führt normalerweise zu Rattern beim Schneiden von starrem Substrat.

Was verursacht Vibrationen in rotierenden Geräten?

Die häufigsten Ursachen für Rattern oder Vibrationen in rotierenden Geräten sind Fehlausrichtung, Unwucht, Verschleiß und Lockerheit. Das Ungleichgewicht eines schweren Bereichs innerhalb einer rotierenden Komponente führt zu Vibrationen, wenn das unausgeglichene Gewicht um die Achse der Maschine schwingt und eine zentralisierte Kraft erzeugt.

Wie kann ich Rattern bei der Bearbeitung erkennen?

Das Rattern von CNC-Maschinen ist normalerweise hörbar. Daher kann ein erfahrener Maschinenbediener anhand des charakteristischen Geräuschs erfolgreich erkennen, wann Rattern auftritt. Außerdem führt das Rattern bei der Bearbeitung zu sichtbaren Wellenspuren auf der Oberfläche eines Werkstücks.