Tiefbohren

Ratterschwingungen dämpfen beim Einlippen-Tiefbohren

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Zur Quantifizierung der Prozessberuhigung wurde ein zweiter Werkzeughalter entwickelt, der eine starre Werkzeugaufnahme darstellt und ebenfalls die Möglichkeit zur Prozesszustandserfassung bietet. Dort sind ebenfalls Beschleunigungsaufnehmer und kontaktlose Datenübertragung appliziert. Mit dieser Aufnahme wurden die gleichen Prozessparameterwerte innerhalb der experimentellen Untersuchungen eingestellt. Somit gelten zwischen den Versuchsreihen gleiche Voraussetzungen zur Bestimmung des Ratterniveaus.

Bei beiden Versuchsreihen wurden die an den Messrechner übermittelten Daten ausgewertet. Bewertungsgrundlage waren dabei die direkten Signale der Sensoren in Volt, auf die Umrechnung in Meter pro Sekunde im Quadrat kann für den reinen Vergleich verzichtet werden. Die Prozesssituation wurde mit 10 kHz erfasst und in Paketen von 10 000 Werten pro Sensor und Sekunde an die Datenauswertungssoftware übermittelt. Auf Basis dieser Werte wird eine Fast-Fourier-Transformation zur Ermittlung der Anteile der Einzelfrequenzen am Gesamtsignal durchgeführt. Anhand des Ergebnisses dieser Frequenzanalyse lässt sich bestimmen, ob es sich um ein ratterfreies Signal (Rauschen) handelt oder ob Ratterpeaks bei einzelnen Frequenzen auszumachen sind.

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Abmessungen des Bohrers bestimmen Eigenfrequenz

In Abhängigkeit von den Abmessungen des verwendeten Bohrwerkzeugs, die maßgeblich die Torsionseigenfrequenz bestimmen, kann der Frequenzbereich ermittelt werden, der von besonderem Interesse für die Erfassung der Ratterstärke ist. Durch die Berechnung der Fläche unterhalb dieser Ratterpeaks im Spektrum der verschiedenen Prozesse lassen sich diese miteinander vergleichen. Allerdings müssen die Werte noch normiert werden, weil verschiedene Vorschubgeschwindigkeiten für unterschiedliche Hauptzeiten sorgen (Bild 3).

Nach der Signalauswertung kann durch den Einsatz des adaptronischen Werkzeughalters eine Prozessregelung stattfinden. Idee dabei ist es, das Übertragungsverhalten des Halters zu verändern und somit das mechanische System zu variieren und die Eigenfrequenzen über Zuschalten dieses zusätzlichen Feder-Dämpfersystems so zu verschieben, dass der Prozess abklingt.

Drei Prozessstrategien wurden untersucht

Als erster Ansatz wurde eine simple Strategie zur Ratterverminderung angewandt. Sobald Rattern auftritt, wird die Stromstärke halbiert. Dieses Maß reicht jedoch immer noch aus, um prozesssicher das notwendige Drehmoment übertragen zu können. Sobald das Rattern abgeklungen war, wurde wieder auf den ursprünglichen Wert erhöht. Außer in der geregelten Variante wurde der adaptronische Werkzeughalter zusätzlich bei maximaler Stromstärke betrieben, um so das ungeregelte Dämpfungspotenzial erfassen zu können.

Nachfolgend werden somit die Ergebnisse für die drei vorgestellten Prozessstrategien gezeigt. Zunächst erfolgte die Einsatzqualifikation ausschließlich anhand eines Werkzeugtyps. Dieses Werkzeug wurde in dem vom Hersteller empfohlenen Parameterfeld (Tabelle) für den Werkstückwerkstoff 34CrNiMo6 (Werkstoffnummer 1.6582) eingesetzt.

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