Rattermarken reduzieren

Fräser an einer Werkzeugmaschine

Problem

Bei bestimmten Betriebsparametern in Bearbeitungszentren treten unerwünschte, wiederkehrende Muster (z.B. Ringe) auf der Werkstückoberfläche auf: sogenannte Rattermarken.

Lösung

Messung der auftretenden Schwingungen am Spindelkopf, um die Hauptfrequenz der Ratterschwingungen zu bestimmen. Eine anschließende Eigenfrequenzuntersuchung am BAZ bestimmt das in Resonanz stehende Bauteil.

Produkt: Messkoffer für Schwingungen an Werkzeugmaschinen

Systematisch zum Ziel

Rattermarken an einer Bearbeitungsmaschine

Auf einer CNC- Fahrständerfräsmaschine traten Rattermarken bei einer Spindeldrehzahl von 1300 U/min (21,7 Hz) auf. Für die Messung wurde mit einem per Haftmagnet angekoppelten Beschleunigungsaufnehmer direkt an der Hauptspindel gemessen. Um einen Überblick über die auftretenden Schwingungen zu gewinnen wurde mithilfe des Messkoffers zum Maschinenschutz/ Maschinendiagnose das Zeitsignal der Schwinggeschwindigkeit in Echtzeit dargestellt. Das Bild zeigt hochaufgelöst die einzelnen Umdrehungen des Fräsers und gleichzeitig den Materialeingriff der 5 Schneidplatten des Fräsers. Bei einer Fräsdrehzahl von 1300 U/min beträgt der zeitliche Abstand der Materialeingriffe 9,3 ms bzw. 108 Hz.

Die parallel durchgeführte Frequenzanalyse zeigt ebenfalls deutlich die Drehzahl (21,7 Hz) und den Materialeingriff bei der 5-fachen Drehzahl (108 Hz).

Durch eine Untersuchung der Eigenfrequenzen des Spindelantriebes wurde geprüft, ob ein unzulässiger Resonanzfall die überhöhten Schwingungen und Rattermarken verursacht. Nach Anregung per Hammerschlag zeigte sich, dass die Linearführung eine Eigenfrequenz bei 104 Hz besitzt. Somit wird durch den Materialeingriff der einzelnen Schneiden des Fräsers die Linearführung zu starken Schwingungen angeregt, welche sich auf der Werkstoffoberfläche als Rattermarken auswirkte. Durch eine konstruktive Änderung der Linearführung (Versteifung), wurde deren Eigenfrequenz entsprechend verschoben. Das Ergebnis war ein sauberes Fräsbild.