Chatter Occurrence at Different Natural Frequencies of Milling Machine Axes

(Ratterschwingungen bei verschiedenen Eigenfrequenzen der Fräsmaschinenachsen)

Hossam, M.

Fräsen ist ein Fertigungsprozess mit hoher Relevanz und hohen Materialabtragsraten. Allerdings werden diese Abtragsraten durch das Auftreten von regenerativem Rattern limitiert. Dieses ist als selbsterregte Schwingung des Werkstücks und/oder des Werkzeugs definiert und resultiert in einer schlechten Oberflächenqualität, einem zunehmenden Werkzeugverschleiß und möglicherweise in einer Schädigung der Werkzeugmaschine oder des Werkstücks. Aus diesem Grund sind Schwingungsuntersuchungen an Werkzeugmaschinen sowohl für die Maschinenhersteller als auch für die Maschinenbediener von besonderer Wichtigkeit. Eine Frage, die dabei beantwortet werden muss, ist: Sollte der Maschinenhersteller seine Maschine mit achsenabhängigen Resonanzmoden konstruieren, welche gleichzeitig angeregt werden können? Die Antwort ist abhängig von dem Einfluss der Maschinenkonstruktion auf das Auftreten des Ratterns.

Um dies zu erforschen wurde ein Maschinenersatzsystem mit unterschiedlichen dynamischen Eigenschaften an verschiedenen Achsen konstruiert. Die Entwicklung dieser Maschinenkonstruktion durchlief verschiedene Phasen, um allen Anforderungen gerecht zu werden. In jeder Phase wurde die Finite-Elemente-Analyse verwendet, um die Konstruktion zu überprüfen und notwendige Modifikationen zu erkennen. Die finale Konstruktion des Prototypen wurde gefertigt und experimentell mithilfe der Hammerschlagmethode validiert. Anschließend wurden Fräsversuche durchgeführt, um die Stabilität des Fräsprozesses für die Vorrichtung mit symmetrischen und mit asymmetrischen dynamischen Eigenschaften zu ermitteln. Dazu wurden experimentell Stabilitätsdiagramme bestimmt und verglichen. Zusätzlich wurden Stabilitätsdiagramme mit einem Simulationssystem berechnet und mit denen resultierend aus den experimentellen Versuchen verglichen. Diese Vergleiche zeigten die Unterschiede zwischen dem Ratteraufkommen, wenn die Vorrichtung symmetrische und wenn sie asymmetrische dynamische Eigenschaften aufweist. Dies führt zu einem tieferen Verständnis der untersuchten Situation und liefert den Schlüssel zur oben gestellten Frage.

Veröffentlicht als

Dissertation, Technische Universität Dortmund, Vulkan Verlag, Essen, 2011, ISBN 978-3-8027-8759-1