Was ist Rattern?
Rattern ist ein Begriff, der in der Werkzeugmaschinenindustrie verwendet wird, um ein abnormales Vibrationsphänomen zu beschreiben, das beim Schneiden und Schleifen auftritt und deutliche Rattermarken auf der bearbeiteten Oberfläche erzeugt.
Es gibt zwei Arten von Ratterschwingungen: selbsterregtes Raten, d. h. durch Systeminstabilität verursachte stationäre Schwingungen und erzwungenes Raten, d. h. durch externe oder interne Maschinenschwingungen verursachte Schwingungen auf der Werkstückoberfläche. Selbsterregtes Rattern, auch regeneratives Rattern genannt, wird durch die Auswirkungen periodischer Schwankungen in der gerade bearbeiteten Oberfläche oder durch eine Kombination mehrerer Schwingungsarten verursacht. Erzwungenes Raten wird durch Schwingungen auf der bearbeiteten Oberfläche verursacht, die auf interne Schwingungen zurückzuführen sind, die durch Schwankungen des Antriebsmotors, der Antriebseinheit oder der Schnittkräfte der Werkzeugmaschine oder durch Schwingungen von außerhalb der Maschine verursacht werden.
Anwendungen des Ratterns
Rattern ist eine anormale Vibration, die während der Bearbeitung auftritt und zu einer Verschlechterung der bearbeiteten Oberfläche, zu Werkzeugbruch und in einigen Fällen zu Schäden an der Werkzeugmaschine führen kann. Es ist daher notwendig, die Ursache zu untersuchen und geeignete Maßnahmen zu ergreifen.
Selbsterregtes Rattern beginnt, wenn winzige Vibrationen des Werkzeugs, der Maschine selbst oder des Werkstücks winzige, periodische Unregelmäßigkeiten auf der bearbeiteten Oberfläche verursachen. Wenn der Zyklus der unmittelbar folgenden Bearbeitungsunregelmäßigkeit mit dem Zyklus der unmittelbar vorhergehenden Unregelmäßigkeit kollidiert, nimmt die Bearbeitungsunregelmäßigkeit zu und im weiteren Verlauf treten zyklische Schwingungen auf.
Erzwungenes Rattern wird durch Schwingungen innerhalb oder außerhalb der Maschine verursacht, die zu erheblichen Unregelmäßigkeiten in der Bearbeitung führen, die zu rasselnden Schwingungen werden.
Funktionsweise des Ratterns
Die Methode zur Beherrschung des Ratterns hängt von den jeweiligen Faktoren ab. Beim selbsterregten Rattern ist das Problem das Schwingungsverhalten des Systems, das von Faktoren wie den Schnittbedingungen (Schnittkraft pro Flächeneinheit, Schnittbreite und Zeit für eine Spindelumdrehung) und den dynamischen Eigenschaften der Werkzeugmaschine als Ganzes beeinflusst wird. Im Hinblick auf die Zerspanungsbedingungen umfassen die Maßnahmen die Reduzierung der Schnittgeschwindigkeit, die Verringerung der Schnitttiefe und die Änderung der Spindeldrehzahl. Im Hinblick auf die Werkzeuggeometrie sind Maßnahmen wie die Vergrößerung des Span- und Verdrehungswinkels und der Wechsel zu Fräsern mit ungleicher Teilung zu nennen. In Bezug auf die Maschinendynamik umfassen die Maßnahmen Konstruktionen für eine höhere Steifigkeit, Änderungen an der Schweißkonstruktion aus Stahlblech und die Verwendung von Harzbetonkonstruktionen. Zu den Verbesserungen der Werkzeugdynamik gehört die Verwendung von Federbissen und Bissen mit eingebauten Dämpfern.
Zur Unterdrückung von erzwungenen Ratter-Vibrationen werden Maßnahmen gegen intern erzeugte Vibrationen ergriffen, wie z. B. die Entfernung von Pumpen und anderen Ausrüstungen aus der Maschine, um die Vibrationsquelle zu beseitigen, die Verwendung flexibler Kupplungen zur Verringerung der Vibrationsausbreitung oder die Änderung der Vibrationsfrequenz durch Änderung der Drehgeschwindigkeit. Bei externen Schwingungen kann die Schwingungsübertragung durch den Einsatz von schwingungsdämpfenden Fundamenten oder Gummilagern reduziert werden. Bei schwankenden Schnittkräften werden Maßnahmen ergriffen, um die Schnittkräfte zu verringern oder die Schwingungsfrequenz zu ändern, indem die Werkzeuggeometrie, die Anzahl der Schneiden oder die Verwendung von Fräsern mit ungleicher Teilung geändert wird.