Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

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Marc P.
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Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von Marc P. » 05.11.2016, 17:20

Hallo,

ich habe meine Karla nun etwa zwei Jahre und heute habe ich das erste mal Hartkäse gefräst (5083 Alu).
Es wurde die Kontur für eine Dremelhalterung aus einer 10 mm starken Platte mit folgenden Parametern ausgefräst:

1. Durchgang

Fräsen der Kontur mit 0,3 mm Aufmaß:
Fräser: Garant 5mm Z2 TiAlN (Rundlauffehler auf wenige mü eingestellt, Aukragung ca. 16 mm)
Drehzahl: 14000 1/min
Vorschub:1400 mm/min
Zustellung Z: 0,7 mm
Zustellung seitl.: Vollnut

2. Durchgang

Fräsen der Kontur auf Endmaß
Drehzahl: 14000 1/min
Vorschub:1400 mm/min
Zustellung Z: 10,4 mm
Zustellung seitl.: 0,3 mm

Bei dem ersten Durchgang war erstmal noch nichts ungewöhnliches zu erkennen. Beim zweiten Durchgang jedoch, waren die Fräsungen in Y-Richtung in Ordnung und bei den Fräsungen in X-Richtung gab es starke Vibrationen. Das hat sich dann natürlich auch im Fräsbild kenntlich gemacht.

Hier ein Video:

youtu.be/xpAackalTLw

Fräsung in X-Richtung:
Foto 05.11.16, 15 51 08.jpg
Fräsung in Y-Richtung:
Foto 05.11.16, 15 52 07.jpg
Da es zwischen den beiden Achsen einen deutlichen Unterschied gibt, ist erstmal Nebensache
ob die Parameter für die Karla noch Optimierungsbedürftig sind.

Um der Ursache bei zu kommen habe ich zunächst Steifigkeit (Zugversuch) und Umkehrspiel gemessen.

Zugversuch
Zunächst habe ich die Fräse in etwa an die Position gefahren, wo das Teil gefräst wurde und dann mit 100N Zugkraft Z-Oben und Z-Unten gemessen:
Zum Vergleich habe ich bei Kraftangriff in beide Richtungen gemessen. Die Ergebnisse waren annähnern identisch.

X-Richtung:
Foto 05.11.16, 15 27 27.jpg
Z-Achse oben: 7/100 mm
Z-Achse unten: 9/100 mm

Y-Richtung:
Foto 05.11.16, 15 12 15.jpg
Z-Achse oben: ca. 6,5/100mm
Z-Achse unten: ca. 6/100 mm

Umkehrspiel
Bei dem Umkehrspiel hatte ich entfernt in Erinnerung, dass es da einen Unterschied der beiden Achsen gab. Da es bei Weichkäse bisher keine Probleme gegegeb hat, hatte ich das Thema damals aus den Augen verloren.

X-Richtung:
Foto 05.11.16, 14 33 49.jpg
Festlagerseite

youtu.be/3x3RpfJpfvY

Y-Richtung:
Foto 05.11.16, 14 12 29.jpg
Festlagerseite

youtu.be/9dogYKRoe8k

Loslagerseite

youtu.be/nq9R4FaqRVc

Ergebnis:
Bezogen auf die Steifigkeit ist meiner Meinung nach nichts sonderlich auffällig. Bezogen auf das Umkehrspiel der Y-Achse schon.

Kann es sein, dass ein Umkehrspiel der Y-Achse von ca. 5/100 ein solches Rattern bei Fräsungen in X-Richtung hervorruft, oder ist hier noch etwas anderes faul?
Meine erste Idee wäre eine verspannte Kugelumlaufmutter auf der Y-Achse und eine dadruch entstehende Lose!?
Ich finde es komisch, dass die 1/100 mm Schritte auf der Y-Achse am Festlager annähernd stimmen und am Loslager nicht...
Beide Achsen sind auf 400 Schritte eingestellt.
Da die Zugversuche in beide Richtungen annähernd gleiche Werte ergaben, schließe ich die Vorspannung der Spindelagerung der KUS als Ursache aus.

Bezüglich der Maßhaltigkeit werde ich das Teil nächste Woche in der Firma mit einer vermessen.

Gruß Marc
Karla #9 "Standard" mit TBI
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KarlG
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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von KarlG » 05.11.2016, 21:35

Moin,

1. Auch die Fräsung in X-Richtung sieht nicht wirklich gut aus - vermute, dass die Hauptursache eine ungünstige Resonanz aus Drehzahl und Vorschub ist.

2. Die Fräskrafte sind nicht hoch (um 18N) - d.h.: auch die gemessenen Verformungen sind nur zu ungefähr 1/5 anzusetzen.

3. Die 0,5/100 "Umkehrspiel" auf Y würde ich höchstens zur Hälfte (eher weniger) der TBI-Spindel anlasten. Messung an einem Hebel von über 200mm auf Y (auf X nur ein paar mm). EIne Aussage bekommt man nur direkt an der Mutter - Ersatzweise kännte man mal am Wellenstumpf auf der Loslagerseite messen (falls das Festlager eine Rolle spielt) - ansonsten eher an der Z-Achse unten bei Mittelstellung.

4. 3/10 Zustellung auf voller Tiefe ist bei so einer leichten Maschine immernoch schruppen - da hätte ein weiterer Schlichtlauf mit 2/100 wahre Wunder bewirkt

5. Es ist denkbar, dass:
eine verspannte Kugelumlaufmutter auf der Y-Achse und eine dadruch entstehende Lose!?
zum "Kippeln" des Mutternhalters aus dem Querträger führt und damit auch zu einem scheinbaren Umkehrspiel.

Denke, die Aufspannplatte muss zur Ursachensuche mal runter...

Gruss
Karl

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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von Wandoo1980 » 06.11.2016, 08:51

Moin Marc,
das Fräsgeräusch beim fräsen in x-Richtung ist ja schon bitter :shock:
Von wegen Resonanzen und wie dicht das schöne vom schlechten beieinander liegt:
Ich habe einen 6mm Sorotec 3-Schneider mit 1,2mm in der Vollnut zum Schrubben gezwungen bei 11000U/min und f1000 (so steht es im Programm)
Beim schlichten dann 0.1 Seitliche Zustellung und 3.1mm Tief bei 15000U/min und 1000mm.
Das Ergebnis war blitzsauber.
Als ich das 2te Teil gefräst habe, habe ich aus Versehen den Vorschub auf 110% stehen gehabt, die Drehzahlen waren identisch zum ersten Durchgang.
also "nur" 100mm/min beim schrubben mehr und das Ergebnis sah übel aus. Dort war dann auch hörbar eine Resonanz wahrzunehmen.
Das konnte dann auch das Schlichten nicht mehr ganz rausreißen.
Ich habe mir jetzt das Schnittdatenbuch von Garant besorgt. Damit kann man schon eine Menge anfangen und Garant selber ist auch nicht viel teurer als ein guter Fräser von anderen Herstellern.

Grüße, Sebastian
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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von Grobalt » 06.11.2016, 12:48

Ich gehe davon aus du meinst das hier:
https://www.hoffmann-group.com/DE/de/ho ... gshandbuch

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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von Wandoo1980 » 06.11.2016, 13:41

Genau das ;) Allerdings habe ich das in gebundener Form ergattert ^^ Ich glaube das kostet jetzt 10 Euro, ein PDF ist natürlich auch nicht schlecht!

Grüße, Sebastian
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Marc P.
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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von Marc P. » 07.11.2016, 20:48

Moin Zusammen,

ich habe mich bei der Angabe des Fräserdurchmessers vertan. Es war ein 6 mm Fräser...
KarlG hat geschrieben:3. Die 0,5/100 "Umkehrspiel" auf Y würde ich höchstens zur Hälfte (eher weniger) der TBI-Spindel anlasten. Messung an einem Hebel von über 200mm auf Y (auf X nur ein paar mm). EIne Aussage bekommt man nur direkt an der Mutter - Ersatzweise kännte man mal am Wellenstumpf auf der Loslagerseite messen (falls das Festlager eine Rolle spielt) - ansonsten eher an der Z-Achse unten bei Mittelstellung.
Da ich erstmal meine Spindel ausschleiffen will bevor ich die Aufspannplatte runter nehme, habe ich heute nochmal anders gemessen.
Zum Vergleich habe ich an der Position im Video gemessen. Diesmal rechts und links. Dann habe ich unten an der mittig stehenden, heruntergefahrenen Z-Achse gemessen und als letztes habe ich die Karla an der vorderen Stirnplatte aufgebockt (Y Loslagerseite) und mittig an dem Querverbinder gemessen in unmittelbarer Nähe zum Mutternhalter gemessen.

Diesmal habe ich meine Mahr Uhr genommen, die zwar auch nur 1/100 Abstufung hat, aber ein größeres Ziffernblatt. Wenn man eine Hundertsteluhr im Mü Bereich abliest, ergeben sich natürlich gewisse Ungenauigkeiten. Aber zum Vergleichen reicht es erstmal.
Die Ergebnisse sahen wie folgt aus:

1. rechts unten Seitenwange = ca. 3 mü
2. links unten Seitenwange = ca. 4-5 mü (Stelle aus dem Video)
3. Z-Achse mittig unten = ca. 4 mü
4. Mitte Querverbinder = ca. 4 mü

Das ganze in 1/10 und 1/100 mm Schritten mit F200. Wenn man hier variiert, dann schwankt das "Umkehrspiel" ebenfalls.
Ich finde die Verteilung der Werte recht gleichmässig.

Somit bleibe ich bei meiner Theorie, dass da irgendwas verspannt ist. Ich kann mich erinnern, dass ich den Mutternhalter auf dem Querverbinder damals mit Alufolie unterlegt habe. Vielleicht zuwenig oder zuviel. Ich werde bei demontierter Aufspannplatte die Oberfläche des Querträgers mal mit der Uhr abfahren und die Parallelität zur Y-Achse messen.

Am Wellenende der Y-Spindel habe ich auch gemessen. Hier schwanken die Werte auch im 2-3 mü Bereich. Da die Mitte anzentriert ist, kann ich nicht mittig messen, was zu Messung von Rundlaufungenauigkeiten auf der Planfläche führen könnte.
4. 3/10 Zustellung auf voller Tiefe ist bei so einer leichten Maschine immernoch schruppen - da hätte ein weiterer Schlichtlauf mit 2/100 wahre Wunder bewirkt
Das war warscheinlich zuviel, das sehe ich ein! Mit dem Zugversuch hat sich ja gezeigt, dass der Querverzug der Z-Achse in X Richtung größer ist als der Längverzug in Y-Richtung Richtung (Portalnick, usw.). Demnach ist anzunehmen, dass die Eigenfrequenzen X und Y unterschiedlich sind und sich somit bei gleichen Schnittparametern in die eine Richtung Schwingungen (Resonanzen) ergeben können wobei es in die andere Richtung recht ruhig ist. Die nicht optimale Oberfläche in der anderen Richtung lässt ja vermuten, dass es auch hier evtl. Grenzwertig war. Bei dem 1. Durchgang mit 0,7 mm Zustellung in der Vollnut war das Geräusch in beide Richtungen gleich.
Das würde dann auch zu Sebastians Erfahrung bezogen auf leichte Variation der Parameter passen.
5. Es ist denkbar, dass:[...]zum "Kippeln" des Mutternhalters aus dem Querträger führt [...]
Wenn ich wüsste was du damit meinst...

Gruß Marc
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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von KarlG » 07.11.2016, 21:31

Marc P. hat geschrieben:
5. Es ist denkbar, dass:[...]zum "Kippeln" des Mutternhalters aus dem Querträger führt [...]
Wenn ich wüsste was du damit meinst...
..den (möglicherweise) verspannten Mutternhalter, den Du nochmals erwähnt hast und der abhängig von Spannung und Fahrtrichtung ein paar µ kippeln könnte...

Marc P.
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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von Marc P. » 11.11.2016, 06:27

Moin,
das zweite Teil mit 12k 1/min. 1000 mm Vorschub und 0,05 mm Schlichtgang sieht schon deutlich besser aus.
Trotzdem werde ich mir die Y-Achse angucken.

Gruß Marc
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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von Marc P. » 20.11.2016, 21:14

Moin,
ich habe meine Opferplatte immernoch nicht runtergenommen, da noch andere Sachen anlagen.
Bin aber heute dazu gekommen vernünftig gegen das Wellenende der Spindeln zu messen.
Habe an X und Y Achse eine Stahlplatte an die Gewindebohung neben den Loslagern geschraubt und daran das Magnetstativ festgemacht.
Dann die Uhr aufs Wellenende und 5 mm vor und zurück gefahren.
Auf beiden Achsen ist so beim hin- und herfahren 0,000 Abweichung zu messen.
Eine Sache ich jedoch aufgefallen. Ich habe im Stillstand jeweils an der Spindel mit 150N per Kofferwaage in richtung Loslager gezogen. Auf X tut sich nix und auf Y gibt das System bei 150N um ca 1,2/100 nach. Ich hatte beide Muttern zusätzlich zur Madenschraube damals mit Schraubensicherung gesichert. Aber kann sich natürlich trotzdem was gelöst haben...

Karl, wie stark ist nochmal die Vorspannung durch die Tellerfedern? Könnte diese lose bereits die Schwingungen beim Fräsen in X Richtung auslösen?
Kann sein das ich erst nächstes Wochenende dazu komme die Opferplatte runterzunehmen.

Gruß Marc
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Re: Karla: Vibrationen beim Fräsen in X-Richtung

Beitrag von KarlG » 20.11.2016, 21:32

Marc P. hat geschrieben:und auf Y gibt das System bei 150N um ca 1,2/100 nach.
Das resultiert vermutlich aus dem Portalverbinder.
Karl, wie stark ist nochmal die Vorspannung durch die Tellerfedern?
Lt. specs 46N pro Feder bei 0,75 Weg. Wir spannen auf Anschlag - das ergibt vermutlich bei 3 Federn parallel etwa 150N oder etwas drüber. D.h.: AB 150N beginnt das Paket in einer Richtung (Richtung Loslager) einzufedern.
Könnte diese lose bereits die Schwingungen beim Fräsen in X Richtung auslösen?
Halte ich für unwahrschenlich, dass Du mit einer Karla solche Schnittkräfte schaffst.

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