Das Auftreten von Rattern bei Bearbeitungsvorgängen kann große Kopfschmerzen bereiten und den Herstellern zusätzliche Zeit und Kosten verursachen.
Möchten Sie wissen, wie Sie dieses Problem verhindern können?
Es ist Zeit, das Rattern bei der Bearbeitung zu verstehen und wirksame Wege zu finden, es zu reduzieren oder zu vermeiden.
In diesem Leitfaden besprechen wir die Ursachen von Rattern bei der Bearbeitung und empfehlen Strategien zu deren Vermeidung oder Reduzierung. Wir besprechen außerdem Best Practices für die Einrichtung und den Betrieb, die befolgt werden sollten, um das Risiko von Rattern bei jedem Bearbeitungsvorgang zu verringern.
Mit diesen Informationen sind Sie besser gerüstet, um Ihre Maschineneinstellungen zu optimieren und bei jedem Arbeitsgang schnelle Zykluszeiten und qualitativ hochwertige Teile sicherzustellen.
Was ist Rattern bei der Bearbeitung?
Das Rattern beim Zerspanen ist eine Art Vibration oder Schwingung, die normalerweise bei Fräs-, Bohr- oder Schleifvorgängen auftritt. Maschinenbediener bezeichnen das Rattern normalerweise als „empfindliches Schneiden“ oder „Resonanz“. Wenn es auftritt, erzeugen die Maschinen ein hohes, heulendes Geräusch und die vom Werkzeug erzeugten Spanstreifen sind dick und instabil.
Rattern kann zu einer schlechten Oberflächengüte, ungleichmäßigen Schnitttiefen und sogar zu Kerben am Werkzeug führen. In schweren Fällen kann es zu einem katastrophalen Ausfall der Maschine selbst kommen.
Rattern wird durch ein Ungleichgewicht zwischen den auf das Werkstück wirkenden Schnittkräften und den Momenten verursacht, die durch die in gleichen Abständen gemessenen Schnittkräfte erzeugt werden.
Die durch dieses Ungleichgewicht erzeugte Energie dupliziert sich regelmäßig und verursacht Resonanzwellen, die zwischen diesen beiden Trägheitspunkten vibrieren, was zu einer erzwungenen harmonischen Schwingung führt, die als Rattern bezeichnet wird.
Die Geschwindigkeit und Intensität dieser Vibration hängt von vielen Faktoren ab, wie z. B. der Art des zu bearbeitenden Materials, der Vorschubgeschwindigkeit, dem Grad der Maschinensteifigkeit und der Nachgiebigkeit des für Fertigungsvorgänge verwendeten Schneidwerkzeugs.
Für Maschinisten ist es wichtig zu verstehen, wie sie potenzielle Ursachen für Rattern identifizieren und diese abmildern können, bevor es zu einem katastrophalen Ausfall kommt.
Hier sind einige gängige Lösungen, die häufig verwendet werden, um Rattern beim Fräsen und Bohren zu reduzieren oder zu beseitigen:
- Spindeldrehzahl anpassen
- Betriebsparameter optimieren
- Verwenden Sie stabilere Aufbauten mit stärkeren Werkzeugen, wie z. B. stärkere Spindeln auf starren Rahmen
- Erhöhung der Schnitttiefe oder Spanlast
- Auswuchten der Schneidwerkzeuge vor der Installation
- Schmierung aller beweglichen Teile entsprechend den zu bearbeitenden Materialien
Arten von Rattern bei der Bearbeitung
Bei der CNC-Bearbeitung gibt es hauptsächlich zwei Arten von Rattern, die auftreten können. Einige davon sind wie folgt:
Tool-Chatter
Bei Schneidvorgängen mit CNC-Fräsern treten typischerweise Vibrationen auf. Sie beginnen mit dem Beschneiden und fügen, während die Vibration auf das Werkstück übertragen wird, verschiedene Funktionen hinzu. Dadurch beginnen Instrument und Werkstück gegeneinander zu rutschen, wodurch das Rattern lauter wird.
Werkstückrattern
Wenn Sie das Werkstück falsch auf den Arbeitstisch der Fräsmaschine legen, kann es manchmal zu Verschiebungen und Vibrationen kommen. Dies kann dazu führen, dass die dünne Wand des Werkstücks beim Bewegen zum Schneidwerkzeug zu wackeln beginnt.
Es ist wichtig zu bedenken, dass sich ein gewisses Rattern oft kaum vermeiden lässt. Die Oberfläche Ihres Werkstücks könnte zerkratzt werden, wenn die Vibration beim Fräsen mehr als 100 µm beträgt. Wenn Ihnen jedoch die Qualität Ihres Ergebnisses am Herzen liegt, sollten Sie wahrscheinlich darüber nachdenken, etwas gegen das Rattern zwischen Werkzeug und Werkstück zu unternehmen.
Im Folgenden gehen wir einige Strategien zur Reduzierung des Geschwätzes durch.
Ursachen für Rattern bei der Bearbeitung
Das Rattern bei der Bearbeitung ist eine Art von Vibration, die bei Metallschneidevorgängen auftritt und zu einer schlechten Oberflächengüte und einer verkürzten Werkzeuglebensdauer führt. Chatter kann zwar schwer zu erkennen sein, da er unvorhersehbar und von sehr kurzer Dauer ist, doch die richtigen Analyse- und Präventionstechniken können dazu beitragen, ihn zu reduzieren oder sogar zu beseitigen.
Rattern wird im Allgemeinen durch Instabilität im Schneidprozess verursacht. Dies kann auf verschiedene Faktoren zurückzuführen sein, darunter Werkzeugverschleiß oder Ablenkung durch hohe Vorschübe oder Schnittkräfte, eine unausgeglichene Schneidkante oder Zahnform aufgrund falscher Schleifwinkel oder ungleicher Spannutenlänge, unzureichender Kühlmittelfluss, falsche Werkstückspanntechniken, unzureichende Maschinensteifigkeit, und unsymmetrische Materialschleifbedingungen.
Das Rattern des Werkzeugs kann außerdem durch seinen Spanwinkel, den Eckenradius und den Freiwinkel sowie durch die Zusammensetzung des Werkstückmaterials beeinflusst werden. Auch Werkzeugverschleiß kann zum Rattern beitragen und sollte nicht zu lange ignoriert werden, da er die Voraussetzung für stabile Bearbeitungsvorgänge beeinträchtigt.
Bleiben die Bearbeitungsbedingungen nach dem ersten Einsatz eines neuen Werkzeugs über einen längeren Zeitraum unverändert, kann es zu Rattern aufgrund übermäßiger Abnutzung der Werkzeugoberfläche kommen, die nun eine unausgeglichene Schneidkante oder Zahnform im Vergleich zur Zeit vor dem ersten Einsatz aufweist.
Daher ist es wichtig, die Werkzeuge regelmäßig zu überprüfen, während sie verwendet werden, und sie anhand der akzeptierten Toleranzen zu prüfen, die in den Anweisungen verschiedener Bearbeitungsstandards beschrieben sind, wie z. B. den Formcode-Richtlinien für Werkzeugbezeichnungen nach ISO 13399 Level 1A.
Die ordnungsgemäße Wartung der Werkzeuge ist von entscheidender Bedeutung, um Fehlanzeigen zu vermeiden, die durch im Laufe der Zeit auftretende Geometrieänderungen an der Schneidkante verursacht werden und andernfalls zu übermäßigen Vibrationen während der Bearbeitungsvorgänge führen könnten, die bei jedem Schnitt am bearbeiteten Werkstückmaterial zu Rattern führen könnten.
Auswirkungen von Rattern auf die Bearbeitung
Rattern ist ein unerwünschtes und manchmal gefährliches Phänomen bei der Bearbeitung, das zu einer minderwertigen Oberflächengüte, Werkstückauswurf, Werkzeugbruch und erhöhtem Maschinenlärm führen kann. Was genau ist Chatter, was verursacht ihn und was kann man tun, um ihn zu beseitigen?
Ratter ist eine Schwingung des Schneidwerkzeugs über die Materialoberfläche, die aus verschiedenen Problembereichen innerhalb des Bearbeitungsprozesses resultiert. Dies ist auf die dynamische Natur der auf den Werkzeugeinsatz wirkenden Schnittkräfte zurückzuführen, die aus periodischen Wechselwirkungen zwischen den Maschinenbedingungen und der Geometrie des Werkstücks resultieren.
Zu den häufigen Auswirkungen von Geschwätz gehören:
- Fehlausrichtung zwischen Schneidwerkzeug und Werkstück.
- Ein schlechtes Gleichgewicht der Spindel oder Störungen ihrer Drehzahl werden durch äußere Faktoren wie Luftströmungen verursacht.
- Unvollkommenheiten in der Geometrie des Werkzeugs, wie z. B. ein atypischer Spanwinkel oder eine Gleichmäßigkeit, können bei hohen Schnittkräften ebenfalls zu Vibrationen oder Durchbiegungen des Werkzeugs führen.
Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Rattern bei Bearbeitungsvorgängen zu reduzieren, die im Folgenden erläutert werden.
Strategien zur Vermeidung oder Reduzierung von Rattern bei der Bearbeitung
Rattern ist ein häufiges und möglicherweise zerstörerisches Problem, das sich auf den Bearbeitungsprozess auswirken kann. Rattern wird im Allgemeinen durch ein unausgeglichenes Schneidwerkzeug verursacht und erzeugt während des Schnitts unerwünschte Vibrationen im Werkstück und Schneidwerkzeug. Wenn Rattern auftritt, können sich die Werkzeugstandzeit und die Teilequalität negativ auswirken.
Um das Rattern zu reduzieren oder zu eliminieren, können verschiedene Strategien eingesetzt werden, wie zum Beispiel:
- Geschwindigkeit einstellen: Durch eine Verlangsamung der Spindeldrehzahl und eine Verringerung der Schnitttiefe kann das Rattern reduziert werden.
- Beschleunigungsraten verlangsamen: Eine Verringerung der Beschleunigungsraten kann dazu beitragen, Vibrationen beim Starten eines Bearbeitungszyklus und beim Übergang zwischen Durchgängen auf einer anderen Achse zu minimieren.
- Verwendung unterschiedlicher Schnittgeschwindigkeiten oder Vorschübe: Durch die Verwendung zweier unterschiedlicher Geschwindigkeiten oder Vorschübe auf gegenüberliegenden Seiten des Werkzeugs wird eine asynchrone Bewegung erzeugt, die dazu beiträgt, Vibrationen zu dämpfen, die von anderen Quellen wie Antriebsmotoren oder Durchbiegungen des Maschinenrahmens erzeugt werden.
- Einsatz von Auswuchttechniken für die Werkzeuge selbst, wie z. B. Auswuchttechniken mit mehreren Drehzahlen: Diese Strategie reduziert Werkzeugvibrationen, indem sie Oberflächenkräften von unausgeglichenen Schneidwerkzeugen entgegenwirkt – insbesondere solchen mit mehreren Klingen in ihrer Zusammensetzung.
- Berücksichtigen Sie andere Bereiche, die zum Rattern beitragen können, darunter die Steifigkeit der Spannzange, strukturelle Eigenschaften von Maschinenkomponenten, falsche Winkelausrichtung der Spindeln zu den XYZ-Achsen usw.: Ähnlich wie bei Erkenntnissen, die zu den Ursachen von Maschinenlärm in anderen Branchen (z. B. im Automobilbau) führen, kann die Betrachtung aller Aspekte des Werkzeugmaschinendesigns häufig zu Lösungen führen, die für Maschinisten, Bediener und Ingenieure bisher unvorhersehbar waren!
- Überprüfen Sie regelmäßig die Maschinenausrichtung und stellen Sie sicher, dass Ihre Spindel effektiv ausgewuchtet ist: Überprüfen Sie beide Spindellager, um sicherzustellen, dass sie nicht überlastet sind oder aufgrund fehlerhafter Schmierung oder Schmutzansammlungen zu einem vorzeitigen Ausfall neigen.
- Zusätzlich Achten Sie auf die Bedingungen außerhalb Ihrer Werkstatt: Ergreifen Sie geeignete Maßnahmen, um Vibrationen zu reduzieren, die durch raue Außentemperaturen, Wetterbedingungen usw. verursacht werden, da diese alle zu einer schlechten Schnittstabilität an jeder Dreh- oder Fräsmaschine führen können.
Werkzeugauswahl und -einrichtung zur Vermeidung oder Reduzierung von Rattern
Einer der wichtigsten Schritte beim Einrichten eines Bearbeitungsvorgangs ist Werkzeug Auswahl und Einrichtung. Wenn es darum geht, Vibrationen zu reduzieren oder zu beseitigen, kann die Auswahl und Einrichtung des Werkzeugs einen großen Unterschied machen. Die Schneidkante sollte scharf, sauber, in der richtigen Form und Größe, richtig gehärtet und entsprechend der Anwendung geschliffen sein.
Die Spanwinkel müssen positiv sein, um einen guten Spanfluss zu gewährleisten. Es ist wichtig sicherzustellen, dass das Werkzeug den richtigen Spiralwinkel hat, wenn es für Hochgeschwindigkeitsbearbeitungen verwendet wird, um eine effektive Spanabfuhr zwischen den Spannuten zu gewährleisten.
Wo möglich, sollte ein Antivibrationssystem eingesetzt werden, um Ratterschwingungen aufgrund der hohen Geschwindigkeiten/Vorschübe bei Bearbeitungsvorgängen zu dämpfen. Ein solcher Ansatz beinhaltet die Verwendung „passiver“ Schwingungsdämpfer wie Molybdänkautschuk anstelle von massiven Metallschneidwerkzeugen oder schwereren Materialien, die anfällig für Schwingungsfrequenzen sind.
Die Mitarbeiter müssen auch in die richtigen Bearbeitungstechniken eingewiesen werden, die dazu beitragen können, das Rattern von Rad/Werkzeug zu reduzieren und gleichzeitig eine sichere Arbeitsumgebung in jedem Schritt des Prozesses zu gewährleisten.
Beim Einrichten eines Vorgangs ist es auch wichtig, die Maschinendynamik zu berücksichtigen, wie z. B. mechanische Festigkeit und Lockerheit von Maschinenteilen, Spindelbewegungseigenschaften sowie Gestelleinstellungen, die Bewegungen für den Austausch von Komponenten oder den Wechsel zwischen Teilen nach Abschluss des Bearbeitungszyklus bestimmen. Positionierungsgenauigkeit genannt.
Um Vibrationen zu reduzieren und die Einheitlichkeit bei Vorgängen mit mehrteiligen Prozessen für konsistente Modell-/Prototypengenerierungszwecke aufrechtzuerhalten.
Im Allgemeinen trägt das Anziehen der Schrauben dazu bei, übermäßige Vibrationen während der Bearbeitung zu vermeiden. Dadurch bleibt das Chatten unter Kontrolle. Allerdings kann zu viel Kraftanwendung mehr Schaden als Nutzen verursachen. Daher müssen die richtigen Mengen je nach Werkstückabmessung mit Fühlerlehren aus Metall getestet/gefunden werden, bevor sie direkt auf Spindeln bzw. andere Kunststoffbettstrukturen in Maschinen aufgetragen werden.
Es kommt also zu keiner Form von Verformung an den Betten, was zu Problemen beim Einpassen in die entsprechenden Klemmen und bei der Ausführung der damit verbundenen Aufgaben führt, was in der Folge zu Schäden an den teuren metallischen Werkzeugeinsätzen und der entsprechenden Schneidgeometrie führt, was zu unbefriedigenden, aussortierten Endprodukten führt planlos.
Das ultimative Ziel besteht darin, in der Lage zu sein:
- Erstellen Sie jedes Mal einwandfreie Teile mit minimalen Ausfallzeiten und geringeren Ausschussraten.
- Bei Bedarf tauchen Fragen auf, die schnell und unter Einhaltung aller Standards und Fristen beantwortet werden müssen. Darüber hinaus muss die Frage nach der Kundenzufriedenheit schnell beantwortet werden.
- Daher war man stolz darauf, seinen hervorragenden Ruf aufrechtzuerhalten, indem man schließlich von der Wahrscheinlichkeit eines Produktausfalls abwich und diese vollständig ersetzte.
- Außerdem müssen frühere Benchmark-Sicherheiten sorgfältig, häufig und gewissenhaft eingehalten werden.
- Gewährleistungsschutz mit Sicherheit erhalten
- Ständig sendend, köstlich erhalten, unvergleichlich schön.
- Die ordnungsgemäße Ausführung der geforderten Anforderungen anständig
- Sicherstellen, dass Erfolgsgeschichten kontinuierlich fantastisch aufgebaut werden.
Vorteile der Vermeidung oder Reduzierung von Rattern bei der Bearbeitung
Rattern, manchmal auch als „Vibration“ bezeichnet, ist ein unerwünschtes Phänomen, das bei Bearbeitungsprozessen wie Fräsen, Bohren und Drehen auftritt. Es hat viele negative Auswirkungen auf das fertige Teil, da es aufgrund von Werkzeugdurchbiegungen zu Oberflächenproblemen führen und aufgrund von Rattern zu einer schlechten Teilegenauigkeit führen kann. Die Produktionsleistung wird ebenfalls beeinträchtigt, da die Produktivität bei Auftreten von Rattern abnimmt. In extremen Fällen kann das Bauteil aufgrund von Rattern vollständig verschrottet werden.
Die Vorteile der Reduzierung oder Vermeidung von Rattern bei Bearbeitungsprozessen sind zahlreich. Es ermöglicht eine glattere Oberflächenbeschaffenheit der Komponenten und eine verbesserte Teilegenauigkeit, was zu einer gleichmäßigeren Produktqualität und größerer Kundenzufriedenheit führt.
Darüber hinaus reduziert es die Werkzeugablenkung und verkürzt die Zykluszeiten, was zur Steigerung der Produktivität und zur Senkung der Gesamtkosten im Zusammenhang mit Bearbeitungsvorgängen beiträgt.
Darüber hinaus verhindert ein geringerer Werkzeugverschleiß verschleißbedingte Ausfälle, während eine längere Werkzeuglebensdauer zu weniger häufigen Werkzeugwechselkosten führt, was letztendlich die Ausfallzeiten bei regelmäßigen Wartungsarbeiten reduzieren kann.
Insgesamt hat die Reduzierung oder Vermeidung von Rattern bei Bearbeitungsvorgängen unmittelbare Vorteile wie eine verbesserte Produktivität und Kosteneinsparungen. Daher sollte es für Produktionsteams Priorität haben, qualitativ hochwertige Teile zu effizienten Kostenpunkten zu liefern, was letztendlich zu einer höheren Kundenzufriedenheit und Effizienzsteigerungen in allen Betrieben führen wird.
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
Was sind die Ursachen für Rattern bei der Bearbeitung?
Eine Vielzahl von Faktoren kann zum Rattern bei der Bearbeitung beitragen, darunter die Konstruktion des Werkzeugs, die Schnittbedingungen und die Steifigkeit der Werkzeugmaschine.
Welche Folgen hat Rattern bei der Bearbeitung?
Das bei der Bearbeitung auftretende Rattern kann erhebliche Folgen haben, darunter eine Verkürzung der Werkzeugstandzeit, eine Verlängerung der Zykluszeit und eine Verschlechterung der Bauteilqualität.
Wie kann die Steifigkeit einer Werkzeugmaschine dazu beitragen, Rattern bei der Bearbeitung zu verhindern?
Bei einer Werkzeugmaschine mit höherer Steifigkeit ist die Wahrscheinlichkeit geringer, dass Rattern auftritt, da sie die beim Bearbeitungsprozess entstehenden Schnittkräfte besser aufnehmen kann.
Wie können Schnittparameter dazu beitragen, Rattern bei der Bearbeitung zu verhindern?
Bei der Bearbeitung lässt sich das Rattern am besten dadurch minimieren, dass die Schnittparameter wie Vorschubgeschwindigkeit, Schnittgeschwindigkeit und Schnitttiefe optimal angepasst werden.
Welche aktiven oder passiven Vibrationskontrolltechniken gibt es, um Rattern bei der Bearbeitung zu reduzieren?
Die Modalanalyse und der Einsatz von Dämpfungsmaterialien sind zwei Beispiele für aktive und passive Schwingungskontrollansätze, die zur Reduzierung von Vibrationen bei der Bearbeitung eingesetzt werden können. Beide Techniken können entweder aktiv oder passiv angewendet werden.
Wie variiert das Rattern je nach Art des durchgeführten Bearbeitungsvorgangs? (h3)
Da die Schnittgeschwindigkeiten bei Hochgeschwindigkeits-Fräs- und Drehbearbeitungen weitaus höher sind als bei typischen Bearbeitungsverfahren, kann Rattern ein besonders problematischer Aspekt dieser Prozesse sein.
Welche Best Practices gibt es, um Rattern bei der Bearbeitung zu vermeiden oder zu reduzieren? (h3)
Das Ändern der Schnittgeometrie, der Einsatz einer Werkzeugmaschine mit höherer Steifigkeit, die Optimierung der Schnittparameter und die Anwendung aktiver oder passiver Vibrationskontrolltechniken gehören zu den bewährten Methoden, die bei der Bearbeitung eingesetzt werden können, um Rattern zu vermeiden oder zu reduzieren.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Rattern bei der Bearbeitung durch verschiedene Vibrationen verursacht wird, die während des Schneidprozesses auftreten können und sich nachteilig auf Produktivität und Präzision auswirken können. Der effektivste Weg, Chattering zu reduzieren oder zu vermeiden, besteht darin, Maßnahmen zu ergreifen, um das Auftreten von Chattering von vornherein zu verhindern.
Dies kann beinhalten:
- Auswahl eines scharfen Werkzeugmaterials mit niedrigem Spanwinkel;
- Erhöhung der Werkzeugsteifigkeit durch Verwendung eines steiferen Werkzeughalters und Erhöhung der Spindelgeschwindigkeit;
- Anbringen von Gegengewichten, Dämpfungsmaterialien und Frequenzabstimmungsgeräten entlang der Werkzeugmaschinenschienen
- Einsatz aktiver Steuerungsmethoden wie aktiver Schwingungsdämpfung;
- Aufrechterhaltung der Maschinenstabilität durch ordnungsgemäße Wartung und Schmierung;
- Werkstückgewicht mit zusätzlichen Stützen oder Vorrichtungen ausgleichen;
- Verwendung von Werkzeugen mit mehreren Schneiden oder Werkzeugen mit verlängerter Spitze;
- Profitieren Sie von modernen CAM-Softwarefunktionen, die unerwünschte Störungen während der Bearbeitung reduzieren.
Die Einhaltung dieser Methoden führt zu einer Verlängerung der Produktionszeit, da die Vibration beim Schneiden reduziert wird.
