DE2042138A1 - Verfahren zum Verhindern regenerativen Ratterns bei der spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstuecks und Einrichtung zum Ausfuehren des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Verhindern regenerativen Ratterns bei der spanabhebenden Bearbeitung eines Werkstuecks und Einrichtung zum Ausfuehren des Verfahrens

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DE2042138A1 DE19702042138 DE2042138A DE2042138A1 DE 2042138 A1 DE2042138 A1 DE 2042138A1 DE 19702042138 DE19702042138 DE 19702042138 DE 2042138 A DE2042138 A DE 2042138A DE 2042138 A1 DE2042138 A1 DE 2042138A1
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Description

"Verfahren zu« Verhindern regeneratiren Rattern« bei der spanabhebenden Bearbei» tung eines Werkstücks und Einrichtung zum Ausführen des Verfahrens"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verhindern regeneratiren Batterns bei der wiederholten spanabhebenden Bearbeitung derselben Yerkstüekfläohe durch dasselbe Werkzeug einer Werkzeugmaschine·
ο <o oo •j»
Dieses regeneratire Rattern ist eine Erscheinung, die die Maschine in starke Schwingungen rersetzt, die Standzeit des Werkzeugs erheblioh beeinträchtigt und schlechte Ober·· flächen am bearbeiteten Werkstück Terursacht· Beim Auftreten regene rat Iren Rattens ist sesiit Ih all gemeinen eine technisch sinnreHe spanabhebende Bearbeitung nicht mtfglic*· Es ■«· daher auf alle Fälle Yormiedem werden«
Dieses regeneratire Rattern kann immer dann auftreten, wenn die Sohneide ren der Oberfläche des Workstttoks, die sie
Patentanwälte Dipl.-lng. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann
bei einem verlier igen Durohgang erzeugt hat, einen Span abhebt. Der hierbei ablaufende Vorgang ist folgenders
Bei» Arbeiten der Sohneide treten kleine Schwingungen auf, die von beliebiger Ursache herrühren können und eine Relativbewegung zwischen Schneide und Werkstück zur Folge haben« Diese Schwingungen erfolgen mit der Eigenfrequenz eines sohwingungsfähigen Systems im Kraftflul Werkzeugmaschine, Werkzeug, Werkstück« Diese Schwingungen haben im allgemeinen eine Komponente senkrecht »r jeweils erzeugten Oberfläche, so daß diese Oberfläche wellig wird. Hebt das Werkezug nunmehr bei einem erneuten Durchgang, z, B. nach einer Umdrehung des Werkstücks oder nach einer Umdrehung des Fräswerkzeugs, von dieser Oberfläohe einen weiterem Span ab, so entsteht infolge der welligen Oberfläohe ein Span, dessen Querschnitt sich mit der Schwingungsfrei» quenz ändert« Die Frequenz des Wechsels dieses Spanquerschnittes stimmt jedoch mit der Eigenfrequenz dos Schwin·« gungssystems tfberein« Daher wird das schwingungsfähige System durch den wechselnden Spanquersohnitt und duroh die daraus folgende wechselnde Sohnittkraft zu erneuten und vor« stärkten Schwingungen angeregt. Daraus folgt nun wiederum eine stärkere Wenigkeit der erzeugten Oberfläche, die ihrerseits bei einem weiteren Durchlauf des Werkzeugs zu verstärk· tem Schwingungen fuhrt« So bauen sieh nach mad mach Schwingungen vom einer selehen Amplitude auf, dal eine sinnvolle spanabhebende Bearbeiteng nicht mehr m*glieh ist«
Bs gibt viele Malnahmen, das Auftreten dos regenerativem Batten» xm verhindern. Beispielsweise kamm dio Dämpfung dos sekwlmgmmgsfämigen Systems im Kraftflul Werkzeugmaschine - Werkzeug - WerkstMck ■· erhöht werdea9 dal keiae Sehwiagmmge» mit aeamcaswerter Amplitude auftraten kttuuen» Als
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Beispiel hierfür kann die Verwendung von mit einen Hilfsmassendämpfer versehenen Bohrstangen genannt werden« In vielen Fällen ist jedoch die Erhöhung der Dämpfung nicht möglich, weil das schwingungsfähige System im wesentlichen vem Werkstück gebildet wird, an dem keine Veränderungen möglich sind. Weiterhin kann man den Vorschub verringern, mit dem das Werkzeug arbeitet« Der Einfluß dieser Maßnahme auf das Auftreten regenerativen Ratterns ist jedoch sehr gering« Ferner könnte man auch die Spantiefe, mit der das Werkzeug arbeitet, vermindern« Dies ist jedoch oft nioht zulässig, weil dadurch die zu erzeugende Kontur des Werkstücks verändert wird.
Erfindungsgemäß wird nunmehr vorgeschlagen, den fiegene rat ivvor gang beim regenerativen Rattern dadurch zu brechen, daß man wiederholt die Schnittgeschwindigkeit ändert und dadurch die Frequenz, mit der die Wellen der Oberfläche auf das Werkzeug treffen, ungleich der Eigenfrequenz des schwingenden Systems macht, so daß sie nicht schwingungssrhöhend auf dieses wirken«
Wird beispielsweise beim Drehen eines Werkstücks nach einer Umdrehung, bei der leichte Schwingungen zwischen Werkzeug und Werkstück auftraten, die Schnittgeschwindigkeit um 30 % gesenkt, se treffen die in die Oberfläche geschnittenen, Rillen, bzw. Rattermarken, bei der zweiten Umdrehung nur mit einer Frequenz von 70 % der Eigenfrequenz des Systems auf das Werkzeug. Durch diesen Unterschied zwischen Erregerfrequenz und Eigenfrequenz wird der Regenerativ-Effekt weitgehend unterbunden« Wird bei der nächsten Umdrehung die Schnittgeschwindigkeit wiederum um 30 % erhöht, tritt die gleiohe Wirkung ein« Der gleiche Effekt kann grundsätzlich auch beim Arbeiten mit umlaufenden Werkzeugen, wie Bohr« und Fräswerkzeugen erreicht werden«
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Soll auf die beschriebene Weise bei einer βpan«adeα Bearbeitung regeneratives Rattern vermieden werden, so muß erstens die betreffende Werkzeugmaschine Mit einen gestuften oder stufenlos lastsohaltharen Hauptantrieb versehen sein. Zweitens muß diese Maschine mit einem Steuergerät ausgerüstet sein, das die Befehle für die entsprechenden Gesohwindigkeitsänderungen erzeugt. Drittens muß das Steuergerät über ein Programm verfügen, das die zweckmäßige Art des Gesohwindigkeitsweehsele, insbesondere Größe, Häufigkeit und Richtung der Geschwindigkeitsänderung angibt. Das Steuergerät braucht natürlich nur eingeschaltet zu sein, so lange ^ eine Gefahr für das Auftreten regenerativen Ratterns besteht. Das Einschalten kann von Hand oder auoh durch eine Regeleinrichtung erfolgen, deren Meßwerk das Rattern, also die relative Sohwingung zwischen Werkzeug und Werkstück, abfühlt.
Schließlich ist es denkbar, die Regeleinrichtung zu einer Optimierregelung auszubauen, die nioht nur das Ein·· und Ausschalten der Steuereinrichtung übernimmt, sondern überdies das Programm so beeinflußt und verändert, daß die Wirkung der Steuereinrichtung optimal wird·
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zum Ausführen des Verfahrens ist in der Zeichnung sohematisoh W veranschaulicht· Diese zeigt eine Drehmaschine, Sie besteht aus einem Bett 1, einem Spindelkasten 2 und einem Bettsohlitten 3, der einen Plansohlitten trägt. Angetrieben wird die Spindel von einem unter Last drehzahlverstellbaren Antrieb, z« B. durch einen Gleichstrommotor h. Am Smindelkasten 2 ist an der Hauptspindel das Werkstück 6 eingespannt, z. B. mittels einer Planseheibe 5· ΰ·τ Plansohlitten trägt das Werkzeug, nämlich einen Drehmeißel 7, mit dem beispielsweise einePlanfläohe des Werkstücks bearbeitet wird.
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Uh regeneratives Rattern zu unterdrücken, ist der Motor h Mit einem seine Drehzahl steuernden Gerät 8 verbunden, das seinerseits durch eine Programmsteuerung 9 verstellbar ist« Infolgedessen wird die Drehzahl des Motors k und damit das Werkstück 6 programmgemäß verändert· Diese Änderung der Drehzahl ist durch das Programm so bestimmt, daß dadurch der Regenerativvorgang unterbrochen wird.
Das Ein- und Ausschalten des Steuergeräts 8 kann von Hand oder auoh durch das Programmwerk 9 erfolgen. Vorzugsweise indessen steht das Steuergerät 8 unter dem Einfluß einer Regeleinrichtung 10, deren Meßwerk aus einem Fühler 11 besteht, der an der Drehmaschine angeordnet ist und das Auftreten von Schwingungen feststellt· In Abhängigkeit vom Meßergebnis steuert die Regeleinrichtung 10 das Steuergerät 8 derart, daß dieses im erforderlichen Maße die Schnittgeschwindigkeit ändert. Diese Regeleinrichtung IO kann zusätzlich zu dem Programmwerk 9 angeordnet sein oder dieses unter Umständen vollständig ersetzen· Das Ein- und Ausschalten des Steuergeräts 8 kann daher auoh durch die Regeleinrichtung 10 erfolgen.
Ist das Steuergerät ausgeschaltet und treten dann er· neut Schwingungen auf, dann wird es duroh die Regeleinrichtung 10 erneut eingeschaltet.
Die Regeleinrichtung 10 kann so ausgestaltet sein, daß sie mit dem Meßwert 11 die günstigste Wirkungsweise des Programms feststellt und dieses im Sinne einer besonders günstigen Wirkung verändert.
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Claims (1)

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    ·« ο ■*
    PATENTANSPRÜCHE
    (Iy Verfahren zum Verhindern regenerativen Ratterns bei der wiederholten spanabhebenden Bearbeitung derselben Werk« stückfläche durch dasselbe Werkzeug einer Werkzeugmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Schnittgeschwindigkeit bei der wiederholten Bearbeitung wiederholt geändert wird»
    2» Einrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 an einer Werkzeugmaschine, die mit einem Programmfc werk versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Programmwerk (9) «in die Drehzahl des Spindelantriebmotors (h) änderndes Steuergerät (8) beeinflußt·
    3· Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerwerk (8) an- und abschaltbar ist.
    k. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch einen Fühler (ll), der das Auftreten regenerativen Ratterns erkennt, ein» und abschaltbar ist·
    5, Einrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch ge«· kennzeichnet, daft das Steuergerät (8), bzw« das Programm- W werk (9), unter Steuerung durch eine Regeleinrichtung (1O) steht, die «as Programm auf die optimale Schwingungsdämpfung •inregelt·
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