Wenn während der Bearbeitung Vibrationen auftreten, welche Parameter sollten zuerst angepasst werden

Vibrationen oder „Rattern“ während der Bearbeitung sind ein unmittelbarer Hinweis auf eine dynamische Instabilität im Zerspanungsprozess. Sie müssen umgehend behoben werden, da sie die Oberflächengüte beeinträchtigen, die Werkzeugstandzeit drastisch verkürzen und die Maßhaltigkeit gefährden können. Wenn Rattern auftritt, ist ein systematisches Vorgehen bei der Parameteranpassung entscheidend. Ziel ist es, die harmonische Beziehung zwischen Werkzeug und Werkstück zu verändern. Die folgende Anpassungsreihenfolge ist eine bewährte Methode, um Vibrationen schnell und effektiv zu unterdrücken.

1. Erste und schnellste Anpassung: Erhöhung des Vorschubs

Dies ist oft die wirksamste und unmittelbarste Lösung.

• Warum es funktioniert: Rattern entsteht häufig, wenn das Werkzeug „reibt“ anstatt das Material sauber zu schneiden – verursacht durch eine zu geringe Spanungsdicke. Durch Erhöhung des Vorschubs (Zahnvorschub, IPT) wird der Span dicker, wodurch die Schnittkraft steigt und Vibrationen reduziert werden. Gleichzeitig verschiebt sich die Schnittfrequenz weg von der Resonanzfrequenz des Systems.

• Wie man es macht: Erhöhen Sie den Vorschub zunächst um 20–30 %. Beobachten Sie den Span: Er sollte dicker und kompakter werden. Das Geräusch sollte sich von einem hohen, schrillen Ton zu einem gleichmäßigen, tieferen „Schneidgeräusch“ verändern. Achten Sie darauf, die Empfehlungen des Werkzeugherstellers nicht zu überschreiten, um Überlastung und Werkzeugschäden zu vermeiden.

2. Zweite Anpassung: Verringerung der radialen Zustelltiefe (Seitwärtszustellung)

Wenn die Erhöhung des Vorschubs keine Abhilfe schafft, liegt das Problem wahrscheinlich in der radialen Zustellung.

• Warum es funktioniert: Eine große Seitwärtszustellung (z. B. 50 % des Werkzeugdurchmessers oder mehr) erzeugt hohe radiale Kräfte, die Vibrationen anregen können – insbesondere bei langen Werkzeugen oder dünnwandigen Teilen. Eine Reduzierung der radialen Schnitttiefe verringert diese Kräfte erheblich und reduziert das Schwingungsverhalten.

• Wie man es macht: Für Schlichtbearbeitungen reduzieren Sie die Zustellung auf 5–10 % des Werkzeugdurchmessers. Beim Schruppen – falls Sie bei 50 % waren – reduzieren Sie auf 30–35 %. Dies entspricht den Prinzipien der Hochgeschwindigkeitsbearbeitung (HSM), bei der geringe radiale Eingriffe mit hohen Vorschüben kombiniert werden, um Produktivität zu erhalten und Rattern zu vermeiden.

3. Dritte Anpassung: Änderung der Spindeldrehzahl

Die Änderung der Spindeldrehzahl verändert die Frequenz der Schnittkräfte.

• Warum es funktioniert: Rattern ist ein Resonanzphänomen. Eine kleine Änderung der Spindeldrehzahl (U/min) kann die Schnittfrequenz aus dem Resonanzbereich verschieben, der die Vibration verursacht.

• Wie man es macht: Wenn Vorschub- und Zustellungsänderungen keine Wirkung zeigen, verändern Sie die Drehzahl um 10–15 % nach oben oder unten. Oft hilft eine moderate Erhöhung, da der Prozess dadurch in einen stabileren Frequenzbereich gelangt. Viele moderne CNC-Steuerungen verfügen über „Chatter-Detection“-Software, die solche Anpassungen automatisch vornimmt.

Wenn die oben genannten Maßnahmen nicht helfen: Grundlegende Lösungen prüfen

Wenn Parameteranpassungen allein das Problem nicht beheben, liegt die Ursache wahrscheinlich in der mechanischen Steifigkeit oder im Aufbau des Systems.

• Erhöhung der Systemsteifigkeit:

  • Werkzeug: Verwenden Sie das kürzeste und größte Werkzeug, das möglich ist. Ein zu weit aus dem Halter ragendes Werkzeug wirkt wie eine Stimmgabel. Eine Reduktion des Werkzeugüberstands um 20 % kann die Steifigkeit um mehr als 100 % erhöhen.

  • Werkstückspannung: Stellen Sie sicher, dass das Werkstück fest gespannt ist. Bei dünnwandigen Teilen können spezielle Vorrichtungen oder das Auffüllen von Hohlräumen mit niedrigschmelzenden Legierungen zusätzliche Dämpfung bieten.

  • Werkzeughalter: Verwenden Sie präzise, steife Halter wie Hydraulikspannfutter oder Schrumpffutter anstelle von Standardspannzangen, um maximale Stabilität und minimalen Rundlauf zu gewährleisten.

• Änderung der Werkzeuggeometrie: Wechseln Sie zu einem Werkzeug mit variabler Teilung oder Steigung. Diese Werkzeuge unterbrechen den harmonischen Aufbau von Schwingungen, da jede Schneide das Material zu leicht unterschiedlichen Zeiten schneidet, wodurch eine konstante Resonanz verhindert wird.

• Überarbeitung der Bearbeitungsstrategie: Für problematische Geometrien kann eine Änderung der Werkzeugbahn helfen. Eine trochoidale Frässtrategie mit konstant geringer radialer Zustellung ist besonders wirksam, um Rattern in Nuten und Taschen zu vermeiden.

Zusammenfassung: Priorität der Anpassungen

1. Erstens: Vorschub (IPT) erhöhen, um die Spanungsdicke zu steigern und Vibrationen zu dämpfen.

2. Zweitens: Radiale Zustellung (Ae) reduzieren, um Schnittkräfte zu verringern.

3. Drittens: Spindeldrehzahl (RPM) anpassen, um die Schnittfrequenz von der Resonanz zu verschieben.

4. Viertens: Systemsteifigkeit (Werkzeuglänge, Spanntechnik, Haltertyp) verbessern.

Durch die Befolgung dieser strukturierten Fehlersuchsequenz können Sie Vibrationen effizient diagnostizieren und beseitigen und so die hohe Qualität sicherstellen, die von einem professionellen Präzisionsbearbeitungsservice erwartet wird. Diese Methodik ist ein integraler Bestandteil unseres Prozesses, insbesondere bei der Bearbeitung anspruchsvoller Materialien und Geometrien, bei denen Stabilität entscheidend ist.