Dynamic analysis of the micromilling process – influence of tool vibrations on the quality of microstructures

Abstract

Micromilling is a suitable technique for the manufacturing of microstructured parts. The downscaling of the milling process leads to problems, which are caused by the low stability of microtools and their manufacturing. Tool vibrations and runout occur, resulting in poor surface qualities and undesirable surface location errors. The presented results of the experimental analysis include a stability diagram for the spindle speed range of n = 60,000–120,000 rpm and tool vibrations measured in the xy‐plane. Micrographs illustrate the influence of tool vibrations on the quality of the generated surface structures. In addition, the dynamic runout is characterized and its effects are discussed. Dynamikanalyse des Mikrofräsprozesses – Einfluss von Werkzeugschwingungen auf die Qualität von Mikrostrukturen Das Mikrofräsen ist ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von mikrostrukturierten Bauteilen. Die Herabskalierung des Fräsprozesses führt jedoch zu Problemen, welche durch die geringe Stabilität der Werkzeuge und deren Herstellung hervorgerufen werden. Es treten Werkzeugschwingungen und Rundlauffehler auf, woraus schlechte Oberflächenqualitäten und unerwünschte Form‐ und Maßabweichungen resultieren. Die vorgestellten Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen beinhalten neben einem Stabilitätsdiagramm für den Drehzahlbereich von n = 60.000–120.000 1/min auch gemessene Werkzeugschwingungen in der xy‐Ebene. Weiterhin werden Aufnahmen von Oberflächenstrukturen dargestellt, welche die Auswirkungen von Werkzeugschwingungen verdeutlichen. Des Weiteren wird der dynamische Rundlauffehler im untersuchten Drehzahlbereich charakterisiert und dessen Einfluss diskutiert.