9. dynamisches Verhalten

• 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

Selbsterregung und Fremderregung

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.

• Hohe schnitttiefe,

• Hohe Schnittgeschwindigkeit,

• hohe werkzeugnachgiebigkeit

• Falsche aufstellbedinungn der Maschine

• Falsche werkzeugkonfiguration

• Falsche werkstückeinspannung

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.

• Erhöhung statischer steifigkeit

• Geringe werkstückmasse

• Erhöhung des Vorschubs

• Geringe Werkzeugmasse

• Steife werkstückbefestigung

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

Bei dieser Art des Ratterns wird davon ausgegangen, dass das Werkzeug zwei Frei- heitsgrade in verschiedenen Richtungen besitzt

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.

System als Differentialgleichung

System als regelungstechnisches System

Amplituden- und Phasenfrequenzgang, Sowie Ortskurve

Mathematisch: Funktionsschar mit spezifischen Eigenschaften, speziell bei Werkzeugmaschinen: Darstellung des Nachgibebigkeitsverhaltens in einer komplxen Ebene

Darstellung der Nachgiebiigkeit einer Werkzeugmaschine mit den größen Amplitudengang und Phasenverschiebung

• Positiver Realteil -> statische Nachgiebigkeit (Kehrwert Steifigkeit)

• Maximaler negaticer Imaginärteil -> dynamoische Nachgiebigkeit ->Empfindlichkeit gegenüber fremderregten Schwingungen

• Maximaler negativer Realteil -> Empfindlichkeit gegenüber selbsterregten Schwingungen

Bearbeitungstests, Modelanalyse, Theoretische Betrachtung

Modellanalyse ist experiementell, Nachgiebigkeit ist mathematisch schaut sich die eiegenfrequens an und wie weit diese im negativen realteil liegen

Masse antiproportional, Steifigkeit proportional und die Dämpfung auch antiproportional

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

Regelabweichungen kompensieren

siehe vorher

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

Geschwindigkeitsregler, besitzt noch ein weiteres P glied an zweiter Stelle und eine Rückkoppplung vom vorletzten zum zweiten Regler