Welche Auswirkungen haben Schwingungen an Werkzeugmaschinen?
Maß-, Form-, Lagegenauigkeit (Toleranzen)
Oberflächengüte (Raterwaben)
-> Arbeitsgeauigkeit (Qualität)
Lebensdauer der Maschienneelemente (Dauerfestigkeit)
Werkzeugverschleiß und Schnittwerte (Mengenleistung)
-> Verfugbarkeit
-> Produktivität
-> Kosten
Belastung der Bedienperson (Schall, Lärm)
Übertragung in die Umgebung (Fundament)
-> Sicherheit/Ergonomie
=Kosten
Gründe für Erregungen in Werkzeugmaschinen
Welche 2 unterschiedlichen Grundursachen in einem schwingungsfähigen System führen zu Schwingungen an Werkzeugmaschinen?
Selbsterregung und Fremderregung
Was versteht man unter Ratterschwingungen?
Unter Regenerativeffekt oder Rattern versteht man beim Zerspanen mit Werkzeugmaschinen das Schwingen des Werkzeuges durch selbsterregte Schwingungen. Er tritt bei vielen Zerspanvorgängen auf, wie etwa beim Drehen oder Fräsen.
Beim Betrieb von Werkzeugmaschinen werden Schwingungen erzeugt. Diese Schwingungen werden unterteilt in selbsterregte Schwingungen und fremderregte Schwingungen. Der Regenerativeffekt zählt zu den selbsterregten Schwingungen und bewirkt an der Maschine eine Schwingung nahe der Eigenfrequenz der Maschine und eine Schwingungsform, die annähernd der Eigenschwingungsform entspricht.
Nennen Sie 5 Ursachen von Ratterschwingungen
(Lernzettel)
Hohe schnitttiefe,
Hohe Schnittgeschwindigkeit,
hohe werkzeugnachgiebigkeit
Falsche aufstellbedinungn der Maschine
Falsche werkzeugkonfiguration
Falsche werkstückeinspannung
instabile Zerspanngsprozess
Beim ersten Kontakt eines Werkzeuges mit dem Werkstück wird durch einen Impuls oder Schlag die Maschine in Schwingungen versetzt und es entsteht, da nun das Werkzeug im Eingriff ist, eine Welligkeit auf der bearbeiteten Oberfläche. Nach einer bestimmten Laufzeit, der sog. Totzeit, kehrt diese Welligkeit wieder zur Zerspanzone zurück und erzeugt einen erneuten Impuls. Dieses führt zu einer erneuten Anregung der Maschine, sodass erneut Welligkeiten auf der Oberfläche entstehen. Reicht die Systemdämpfung nicht aus, um diesen Vorgang zu beruhigen, so ist der Zerspanprozess instabil.
Ein Maß für die Instabilität ist die Grenzspanungsbreite, bei der sich der Übergang vom stabilen zum instabilen Zerspanungsprozess vollzieht.
wie bestimmt man Rattergrenzen? als von stabil zu instabil?
Nennen Sie 5 Maßnahmen zur Vermeidung von Ratterschwingungen?
Erhöhung statischer steifigkeit
Geringe werkstückmasse
Erhöhung des Vorschubs
Geringe Werkzeugmasse
Steife werkstückbefestigung
Beschreiben Sie die Vorgehensweise zur Erstellung von Stabilitätskarten?
Experimentell, sichtbare Rattermarken, akustisches Verhalten, physisches Merken. Während die Parameter Schnitttgeschwindigkeit oder Vorschub erhöht werden
Eine Stabilitätskarte beschreibt den Zusammenhang zwischen Drehzahl und maximal erreichbarer Schnitttiefe für einen bestimmten Fertigungsprozess und eine spezifische Spindel-/Werkzeug-Konfiguration
Lagerkopplung
Bei dieser Art des Ratterns wird davon ausgegangen, dass das Werkzeug zwei Frei- heitsgrade in verschiedenen Richtungen besitzt
Fallende Schnittkraft-Schnittgeschwindigkeits-Charakteristik
Ratterschwingungen durch fallende Schnittkraftcharakteristik verlaufen in Schnittge- schwindigkeitsrichtung.Bei geringer Schnitt- geschwindigkeit steigt die Schnittkraft geringfügig an, hat dann ein Maximum und fällt von dort aus wieder ab. Bei einer weiteren Steigerung der Schnittgeschwindigkeit ist die Schnittkraft dann nahezu konstant. Die Ursachen für diese Schnittkraft- charakteristik liegen in thermischen Einflüssen und in sich ändernden Reibver- hältnissen zwischen Werkzeug und Werkstück.
Mathematische Modelle
System als Differentialgleichung
System als regelungstechnisches System
Nennen Sie 2 grundlegende Darstellungsmethoden für den Frequenzgang zur Beschreibung des Schwingungsverhaltens von Werkzeugmaschinen!
Amplituden- und Phasenfrequenzgang, Sowie Ortskurve
Was ist eine Ortskurve?
Mathematisch: Funktionsschar mit spezifischen Eigenschaften, speziell bei Werkzeugmaschinen: Darstellung des Nachgibebigkeitsverhaltens in einer komplxen Ebene
Was stellt eine Ortskurve dar?
Darstellung der Nachgiebiigkeit einer Werkzeugmaschine mit den größen Amplitudengang und Phasenverschiebung
Welche 3 wichtigen Beurteilungskriterien können aus der Ortskurve einer Werkzeugmaschine abgeleitet werden?
Positiver Realteil -> statische Nachgiebigkeit (Kehrwert Steifigkeit)
Maximaler negaticer Imaginärteil -> dynamoische Nachgiebigkeit ->Empfindlichkeit gegenüber fremderregten Schwingungen
Maximaler negativer Realteil -> Empfindlichkeit gegenüber selbsterregten Schwingungen
Nennen Sie 3 wichtige Vorgehensweisen zur Messung und Beurteilung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen!
Bearbeitungstests, Modelanalyse, Theoretische Betrachtung
Vorteile des Beareitungstests
Beschreiben Sie den Unterschied zwischen der Messung von Nachgiebigkeitsfrequenzgängen und der Modalanalyse!
Modellanalyse ist experiementell, Nachgiebigkeit ist mathematisch schaut sich die eiegenfrequens an und wie weit diese im negativen realteil liegen
Welchen Einfluss haben Masse, Steifigkeit und Dämpfung auf die Nachgiebigkeit dynamischer Systeme?
Masse antiproportional, Steifigkeit proportional und die Dämpfung auch antiproportional
Nennen Sie 3 wichtige konstruktive Maßnahmen, um mittels Zusatzsystemen das Schwingungsverhalten von Maschinenkomponenten zu verbessern!
Aktive Dämpfer, passive Dämpfer Isolationselemente zb keilschuh oder isolierplatte
Aktiver Eingriff: Regelung des Verhaltens, Nachsteuerung der Belastung, um die Verformung zu minimieren
Passiver Eingriff: Einsatz von Bauteilkomponenten, wie Hilfsmassen mit dämpfenden. Anteil oder nur Zusatzmasse mit entsprechenden Federelement, Verwendung von Öl, um Dämpfungseffekte zu erzielen, unter Umständen auch mit variablen Dämpfern, die eingestellt werden können
Ermittlung von Schwingungsursachen
Welche Aufgabe hat ein (einfacher) Lageregelkreis?
Regelabweichungen kompensieren
Aus welchen Komponenten besteht ein einfacher Lageregelkreis? Welche Aufgaben haben die einzelnen Komponenten?
siehe vorher
Welche 3 wichtigen Kenngrößen beschreiben einen einfachen Lageregelkreis und wie sind diese Größen definiert?
P (G1=K_v),
PT1 (G2=1/(1+pT_m)) und
I (G3=1/p) Glied
1 Regelabweichung Schleppabstand=Sollwert-Istwert
2 Kreisverstärkung = Sollgeschwindigkeit/Schleppabstand
Wozu dient ein erweiterter Regelkreis? Wie ist dieser im Vergleich zu einem einfachen Regelkreis aufgebaut?
Geschwindigkeitsregler, besitzt noch ein weiteres P glied an zweiter Stelle und eine Rückkoppplung vom vorletzten zum zweiten Regler
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