Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum Ihre CNC-Fräsmaschine vibriert und Ihre Präzision beeinträchtigt? In diesem Artikel finden Sie zwölf Expertentipps zur Minimierung von Vibrationen bei der Zerspanung, von der Verwendung scharfer Wendeschneidplatten bis hin zur Optimierung der Schnittparameter. Wenn Sie diese Strategien anwenden, erzielen Sie glattere Bearbeitungen, bessere Oberflächengüten und eine längere Werkzeugstandzeit. Lesen Sie weiter, um herauszufinden, wie Sie Ihre Bearbeitungsprozesse verbessern und sicherstellen können, dass Ihre CNC-Fräsmaschine die bestmögliche Leistung erbringt.
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Scharfe Wendeschneidplatten können die Schnittkräfte bei CNC-Fräsbearbeitungen erheblich reduzieren.
Wendeschneidplatten sind sowohl in beschichteter als auch in unbeschichteter Ausführung erhältlich. Unbeschichtete Wendeschneidplatten bieten in der Regel eine höhere Schärfe als ihre beschichteten Gegenstücke. Das liegt daran, dass beschichtete Wendeplatten vor dem Auftragen der Beschichtung eine Kantenpassivierung (ER-Behandlung) benötigen. Durch die Passivierung wird die Schneidkante leicht abgestumpft, um eine gute Haftung der Beschichtung zu gewährleisten, da extrem scharfe Kanten die Haftfestigkeit der Beschichtung an der Schnittfläche beeinträchtigen können.
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Bei der Bearbeitung bis zu einer bestimmten Tiefe kann die Verwendung von Wendeplatten mit einem kleinen Spitzenradius die Schnittkräfte, insbesondere in radialer Richtung, erheblich verringern.
Radiale Schnittkräfte sind die Hauptursache für Vibrationen bei schlanken Werkzeugen oder Werkstücken. Dieses Prinzip gilt sowohl für die Dreh- als auch für die Fräsbearbeitung. Je größer der Spitzenradius ist, desto stärker neigen schlanke Werkzeuge oder Werkstücke bei einer bestimmten Schnitttiefe zu Schwingungen.
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Bei der Wahl der Schnitttiefe ist es wichtig zu vermeiden, dass diese gleich dem Bogenradius der Werkzeugspitze eingestellt wird. Diese Konfiguration kann zu instabilen Schnittbedingungen und erhöhten Vibrationen führen.
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Beim Nutenfräsen mit schlanken Werkzeugschäften oder beim Außendrehen von schlanken Wellen ist es vorteilhaft, ein Werkzeug mit einem Primärwinkel von 90° (Anstellwinkel) zu verwenden, um die Vibrationen zu minimieren.
In beiden Fällen - Außendrehen einer schlanken Welle oder Nutenfräsen mit einem schlanken Werkzeughalter - erzeugt ein 90°-Werkzeug die geringste radiale Schnittkraft und gleichzeitig die höchste axiale Kraft an der Schneidkante. Diese Kraftverteilung trägt zur Stabilisierung des Zerspanungsprozesses und zur Reduzierung von Vibrationen bei.
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Bei Fräsbearbeitungen mit schlanken Werkzeugen sind runde Wendeplattenfräser am besten geeignet, um die Vibrationen zu dämpfen.
Das Verhalten von Fräsern steht im Gegensatz zu dem von Drehwerkzeugen. Beim Fräsen nimmt die radiale Schnittkraft zu, wenn sich der Anstellwinkel 90° nähert, was zu stärkeren Vibrationen am Werkzeugschaft führt. Runde Wendeplattenfräser mit ihrem sich allmählich ändernden Eingriffswinkel tragen dazu bei, die Schnittkräfte gleichmäßiger zu verteilen und die Vibrationen zu verringern.
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Bei der Verwendung von schlanken Schaftfräsern zum Fräsen tiefer Kavitäten auf CNC-Maschinen wird häufig das Tauchfräsen eingesetzt. Bei dieser Technik wird das Werkzeug bei der Bearbeitung tiefer Kavitäten axial zugestellt, ähnlich wie beim Bohren.
Für Werkzeuge mit einer Auskragung von mehr als dem Dreifachen ihres Durchmessers wird das Tauchfräsen mit axialem Vorschub empfohlen, um die Durchbiegung und Vibrationen zu minimieren. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Schaftfräsereinsätze eine begrenzte radiale Schneidkantenbreite haben.
Die Werkzeughersteller stellen technische Daten zur Verfügung, in denen die maximal zulässige Schnittbreite bei Tauchfrästechniken angegeben ist. Die Einhaltung dieser Empfehlungen ist entscheidend für eine optimale Leistung und Lebensdauer des Werkzeugs.
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Beim Fräsen von dünnwandigen Werkstücken, wie z. B. kasten- oder schalenförmigen Teilen, gehen die Vibrationen in erster Linie vom Werkstück selbst und nicht vom Schneidwerkzeug aus.
Da die Vibrationsquelle das Werkstück ist, sollte das Hauptaugenmerk für eine erfolgreiche Bearbeitung solcher Komponenten auf der Verbesserung der Werkstückspannung und -unterstützung liegen. Zu den Strategien kann die Verwendung von kundenspezifischen Spannvorrichtungen, zusätzlichen Stützstrukturen oder dämpfenden Materialien gehören, um die Steifigkeit des Werkstücks während der Bearbeitung zu erhöhen.
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Beim Bohren ist ein kleinerer Anstellwinkel (Komplement des Anstellwinkels des Werkzeugs) im Allgemeinen vorzuziehen.
Diese Konfiguration führt zu einem größeren Nachlaufwinkel, der die Kontaktfläche zwischen der Sekundärschneide und der bearbeiteten Oberfläche verringert. Dieser verringerte Kontakt minimiert die Wahrscheinlichkeit, dass sich Ratterer zu anhaltenden Vibrationen entwickeln. Darüber hinaus verringert ein kleinerer Vorhaltewinkel die Wahrscheinlichkeit einer Spankompression durch die Sekundärschneide, was die Schnittstabilität weiter erhöht.
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Die Verwendung eines Planfräsers mit ungleicher Teilung und weniger Zähnen kann Fräsvibrationen wirksam reduzieren.
In diesem Zusammenhang beziehen sich die "Zähne" auf die Schneidplatten. Ein Planfräser mit 100 mm Durchmesser und 5 Schneidplatten erzeugt beispielsweise etwa 50% weniger Schnittkraft als ein Fräser mit 10 Schneidplatten, vorausgesetzt, alle anderen Schnittparameter sind gleich. Die ungleiche Teilung unterbricht die harmonische Schwingungsbildung, während weniger Zähne die Gesamtschneidkraft verringern, was beides zu einer stabileren Bearbeitung beiträgt.
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Verwenden Sie Wendeplatten mit großen positiven Spanwinkeln und einer leichten Spanbrecherausführung.
Solche Wendeschneidplatten weisen bei der Bearbeitung einen kleineren Schneidkeilwinkel auf, was zu geringeren Schnittkräften und einer verbesserten Spanabfuhr führt. Diese Konfiguration ermöglicht eine leichtere und schnellere Zerspanung, was insbesondere bei Schlichtbearbeitungen zur Verringerung von Vibrationen beitragen kann.
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Die Feinabstimmung der Schnittparameter kann zur Reduzierung leichter Vibrationsprobleme beitragen.
Zu den allgemeinen Anpassungsstrategien gehören:
Bei vibrationsbehafteten Innengewindedrehbearbeitungen kann eine Reduzierung der Zustellung für die letzten Durchgänge um 1 oder 2 Schnitte oft die Stabilität verbessern.
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Die Optimierung des Werkzeugweges ist entscheidend für erfolgreiche Fräsarbeiten, insbesondere in schwingungsanfälligen Umgebungen.
Die Wahl zwischen konventionellem (oben) und Gleichlauffräsen (unten) kann sich auf die Vibrationen auswirken. Die herkömmliche Frästheorie besagt, dass konventionelles Fräsen Vibrationen reduziert, vor allem weil es in der Lage ist, Vibrationen zu dämpfen, die durch das Spiel der Spindeln der Werkzeugmaschine verursacht werden. Bei modernen CNC-Maschinen mit Präzisions-Kugel- oder Rollengewindetrieben ist dieser Effekt jedoch minimal.
In der Praxis, ob beim Gleichlauf oder beim konventionellen Fräsen, ist der Schlüsselfaktor zur Verringerung der Vibrationen bei flexiblen Werkstücken die Ausrichtung der Fräskraft auf die Spannrichtung des Werkstücks. Auf diese Weise sitzt das Werkstück fest auf den Auflagern und minimiert mögliche Vibrationen bei dünnen oder nachgiebigen Teilen.
Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.
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