Det kan være en stor hovedpine at opleve vibrationer i bearbejdningsoperationer og forårsage ekstra tid og omkostninger for producenterne.
Vil du vide, hvordan du kan forebygge dette problem?
Det er tid til at få en forståelse af vibrationer i bearbejdning og finde effektive måder at reducere eller undgå dem.
I denne vejledning diskuterer vi årsagerne til vibrationer under bearbejdning og anbefaler strategier til at undgå eller reducere dem. Vi diskuterer også bedste praksis for opsætning og betjening, der bør følges for at reducere risikoen for vibrationer under enhver bearbejdningsoperation.
Med disse oplysninger vil du være bedre rustet til at optimere dine maskinopsætninger og sikre hurtige cyklustider og dele af høj kvalitet i hver operation.
Hvad er Chatter i bearbejdning?
Vibrationer i bearbejdning er en type vibration eller oscillation, der normalt forekommer i fræsning, boring eller slibning. Maskinarbejdere omtaler normalt vibrationer som "følsom skæring" eller "resonans". Når det forekommer, producerer maskinerne en højfrekvent hylende lyd, og spånstrimlerne, der genereres af værktøjet, er tykke og ustabile.
Vibrationer kan resultere i dårlig overfladefinish, ujævne skæredybder og endda hakker i værktøjet. I alvorlige tilfælde kan det forårsage katastrofale fejl i selve maskinen.
Vibrationer skyldes en ubalance mellem skærekræfterne, der trykker på emnet, og de momenter, der skabes af skærekræfter målt ved lige store afstande.
Den energi, der skabes af denne ubalance, duplikerer sig selv regelmæssigt og forårsager resonansbølger, der vibrerer mellem disse to inertipunkter, hvilket resulterer i en tvungen harmonisk svingning kendt som vibration.
Hastigheden og intensiteten af denne vibration afhænger af mange faktorer, såsom typen af materiale, der bearbejdes, tilspændingshastighed, maskinens stivhed og eftergivenheden af det skæreværktøj, der anvendes til fremstillingsoperationer.
Det er vigtigt for maskinarbejdere at forstå, hvordan man identificerer potentielle årsager til vibrationer, og hvordan man afbøder dem, før katastrofale fejl kan opstå.
Her er nogle almindelige løsninger, der ofte bruges til at reducere eller eliminere vibrationer ved fræsning og boring:
- Justering af spindelomdrejninger
- Optimering af driftsparametre
- Brug mere robuste opsætninger med kraftigere værktøj, såsom stærkere spindler på stive rammer
- Forøgelse af spåndybden eller spånbelastningen
- Afbalancering af skæreværktøjer før installation
- Smøring af alle bevægelige dele, der er passende til de materialer, der skal bearbejdes
Typer af vibrationer i bearbejdning
Ved CNC-bearbejdning er der primært to former for vibrationer, man kan opleve. Nogle af dem er som følger:
Værktøjssnak
Typisk opstår vibrationer under skæreoperationer med CNC-fræsere. De begynder at trimme, og efterhånden som vibrationerne overføres til emnet, tilføjer de forskellige funktioner. På grund af dette begynder instrumentet og emnet at glide mod hinanden, hvilket gør vibrationen højere.
Emne-snakken
Hvis du placerer emnet forkert på fræsemaskinens arbejdsbord, kan det nogle gange forårsage forskydninger og vibrationer. Som følge heraf kan emnets tynde væg begynde at ryste, når det bevæger sig mod skæreværktøjet.
Det er vigtigt at huske på, at en vis vibration ofte er svær at undgå. Overfladen på dit emne kan blive ridset, hvis vibrationen under fræsning er mere end 100 µm. Men hvis du er interesseret i kvaliteten af dit output, bør du nok overveje at gøre noget ved vibrationen mellem værktøjet og emnet.
Nedenfor gennemgår vi nogle strategier til at reducere snak.
Årsager til vibrationer i bearbejdning
Vibrationer i bearbejdning er en type vibration, der opstår under metalbearbejdningsoperationer, hvilket resulterer i en dårlig overfladefinish og reduceret værktøjslevetid. Selvom vibrationer kan være vanskelige at opdage, fordi de er uforudsigelige og meget korte i varighed, kan de rigtige analyse- og forebyggelsesteknikker hjælpe med at reducere eller endda eliminere dem.
Vibrationer skyldes generelt ustabilitet i skæreprocessen. Dette kan skyldes forskellige faktorer, herunder værktøjsslid eller -afbøjning fra høje tilspændingshastigheder eller skærekræfter, en ubalanceret skærkant eller tandform på grund af forkerte slibevinkler eller ulige spirallængde, utilstrækkelig kølemiddelstrøm, forkerte emnefastspændingsteknikker, utilstrækkelig maskinstivhed og ikke-symmetriske materialeslibeforhold.
Værktøjets vibrationer kan yderligere påvirkes af dets spånvinkel, næseradius og frigangsvinkel, samt emnematerialets sammensætning. Værktøjsslid kan også være en medvirkende faktor til vibrationer og bør ikke ignoreres for længe, da det forstyrrer betingelsen for stabile bearbejdningsoperationer.
Hvis bearbejdningsforholdene forbliver uændrede i lang tid efter første brug af et nyt værktøj, kan der opstå vibrationer på grund af overdreven slid på værktøjets overflade, der nu har en ubalanceret skærkant eller tandform i forhold til før første brug.
Det er derfor vigtigt regelmæssigt at kontrollere værktøjer, mens de er i brug, og kontrollere dem i forhold til accepterede tolerancer som beskrevet i forskellige instruktioner til bearbejdningsstandarder, såsom ISO 13399 niveau 1A retningslinjer for værktøjsbetegnelse og formkode.
Korrekt vedligeholdelse af værktøj er afgørende for at undgå falske indikationer forårsaget af ændringer i geometrien over tid på skærkanten, som ellers kunne føre til for store vibrationer under bearbejdningsoperationer, hvilket kan resultere i vibrationer ved hvert snit på det emnemateriale, der bearbejdes.
Effekter af vibrationer på bearbejdning
Vibrationer er en uønsket og til tider farlig forekomst ved bearbejdning, som kan resultere i en dårligere overfladefinish, emneafvisning, værktøjsbrud og øget maskinstøj. Så hvad er vibrationer præcist, hvad forårsager dem, og hvad kan man gøre for at eliminere dem?
Vibration er en oscillation af skæreværktøjet hen over materialeoverfladen, der skyldes forskellige problemområder i bearbejdningsprocessen. Det opstår på grund af den dynamiske karakter af skærekræfter, der virker på værktøjsboret, som følge af periodiske interaktioner mellem maskinforholdene og emnets geometri.
Almindelige effekter af snak inkluderer:
- Forkert justering mellem skæreværktøj og emne.
- Dårlig spindelbalance eller forstyrrelser i dens rotationshastighed skyldes eksterne faktorer såsom luftstrømme.
- Ufuldkommenheder i værktøjets geometri, såsom atypisk spånvinkel eller ensartethed, kan også føre til vibrationer eller udbøjning af værktøjet under høje skærekræfter.
Der er flere måder at reducere vibrationer under bearbejdningsoperationer, som vil blive diskuteret nedenfor.
Strategier til at undgå eller reducere vibrationer i bearbejdning
Vibrationer er et almindeligt og potentielt destruktivt problem, der kan påvirke bearbejdningsprocessen. Vibrationer, der generelt skyldes et skæreværktøj i ubalance, producerer en uønsket vibration i emnet og skæreværktøjet under skæringen. Når der opstår vibrationer, kan værktøjets levetid og emnekvaliteten blive negativt påvirket.
For at reducere eller eliminere støj kan flere strategier anvendes, såsom:
- Justering af hastighed: Ved at sænke spindelens omdrejninger og mindske spåndybden kan det hjælpe med at reducere vibrationer.
- Nedbremsning af accelerationshastigheder: Reducerende accelerationshastigheder kan hjælpe med at minimere vibrationer ved opstart af en bearbejdningscyklus og overgang mellem passager på en anden akse.
- Brug af forskellige skærehastigheder eller fremføringer: Ved at bruge to forskellige hastigheder eller fremføringer på modsatte sider af værktøjet skabes asynkron bevægelse, hvilket hjælper med at dæmpe vibrationer produceret af andre kilder, såsom drivmotorer eller bøjning af maskinstellet.
- Anvendelse af afbalanceringsteknikker til selve værktøjerne, såsom balanceringsteknikker til gang nose RPM: Denne strategi reducerer værktøjsvibrationer ved at modvirke overfladekræfter fra ubalancerede skæreværktøjer – især dem med flere klinger i deres sammensætning.
- Overvejelser om andre områder, der kan bidrage til vibrationer, herunder spændetangens stivhed, maskinkomponenternes strukturelle egenskaber, forkert vinkeljustering af spindler i forhold til XYZ-akser osv.: Ligesom fund, der bidrager med kilder til maskinstøj i andre industrier (f.eks. bilproduktion), kan refleksion over alle aspekter af maskinværktøjsdesign ofte give løsninger, som både maskinarbejdere, operatører og ingeniører tidligere har været uforudsete!
- Kontroller regelmæssigt maskinens justering, og sørg for, at din spindel er effektivt afbalanceret: Undersøg begge spindellejer for at sikre, at de ikke er blevet overbelastede eller tilbøjelige til for tidligt svigt på grund af forkert smøring eller ophobning af forurenende stoffer.
- Desuden Vær opmærksom på forholdene uden for dit værksted: Tag passende skridt til at reducere vibrationer forårsaget af barske udetemperaturer, vejrforhold osv., da disse alle kan føre til dårlig skærestabilitet på enhver drejebænk eller fræsemaskine.
Værktøjsvalg og opsætning for at undgå eller reducere vibrationer
Et af de vigtigste trin i opsætningen af en bearbejdningsoperation er værktøj valg og opsætning. Når det kommer til at reducere eller eliminere vibrationer, kan valg og opsætning af værktøj gøre en stor forskel. Skærkanten skal være skarp, ren, have den rette form og størrelse, være korrekt hærdet og slebet til anvendelsen.
Spånvinklerne skal være positive for at sikre god spånstrøm. Det er vigtigt at sikre, at værktøjet har den korrekte spiralvinkel, hvis det anvendes til højhastighedsoperationer, for at opnå effektiv spånafgang mellem spiralerne.
Hvor det er muligt, bør der anvendes et antivibrationssystem til at dæmpe vibrationer på grund af de høje hastigheder/fremføringer, der anvendes under bearbejdningsoperationer. En sådan tilgang involverer brug af "passive" vibrationsdæmpere såsom molybdængummi i stedet for massive metalskæreværktøjer eller tungere materialer, som er følsomme over for vibrationsfrekvenser.
Medarbejdere skal også instrueres i korrekte bearbejdningsteknikker, der kan hjælpe med at reducere vibrationer fra hjul/værktøj, samtidig med at et sikkert arbejdsmiljø sikres gennem hele processen.
Det er også vigtigt at overveje maskindynamikken, når en operation opsættes, såsom mekanisk stramhed og løshed af maskindele, spindelbevægelseskarakteristika samt gibbeindstillinger, der bestemmer bevægelser for udskiftning af komponenter eller skift mellem dele efter afslutningen af bearbejdningscyklussen, kaldet positioneringsnøjagtighed.
For at reducere vibrationer og opretholde ensartethed under operationer, der involverer processer med flere dele, med henblik på at generere ensartede modeller/prototyper.
Generelt set vil stramme skruer hjælpe med at forhindre overdreven vibration under bearbejdning. Dette hjælper med at holde vibrationerne under kontrol; dog kan for meget kraftpåføring forårsage mere skade end gavn. Derfor skal de korrekte mængder testes/findes med metalfølerblade efter behov i henhold til emnets dimensioner, før de påføres direkte på spindler og andre plastlejestrukturer i maskiner.
Således forekommer der ingen form for deformation på lejerne, hvilket forårsager problemer under montering i passende klemmer og udførelse af relaterede opgaver, hvilket efterfølgende forårsager skader på dyre metalliske værktøjsdele og den tilsvarende skæregeometri, hvilket fører til utilfredsstillende, kasserede slutprodukter, der produceres tilfældigt.
Det endelige mål er at være i stand til at:
- Skab fejlfrie dele hver gang med minimal nedetid og lavere skrotrater.
- Når det er nødvendigt, opstår der spørgsmål, der skal besvares hurtigt og i henhold til alle standarder og deadlines. Derudover er det spørgsmål, der skal besvares hurtigt, kundetilfredshed.
- Således blev opretholdelsen af et fremragende omdømme bevaret med stolthed, og man afveg til sidst fra sandsynligheden for produktfejl og erstattede dem fuldstændigt igen.
- Også at opretholde tidligere benchmarkede sikkerhedsforanstaltninger omhyggeligt, hyppigt og trofast.
- Opnåelse af garantidækning med sikkerhed
- Støtsomt sender dejligt blevet uovertruffent smukt.
- Udførelse af de nødvendige nødvendige på en ordentlig måde
- Sikring af, at succeshistorier konstrueres på en fantastisk måde kontinuerligt.
Fordele ved at undgå eller reducere vibrationer i bearbejdning
Vibrationer, der undertiden omtales som "vibrationer", er et uønsket fænomen, der forekommer i bearbejdningsprocesser såsom fræsning, boring og drejning. Det har mange negative virkninger på den færdige del, da det kan forårsage problemer med overfladefinishen på grund af værktøjsudbøjning og føre til dårlig delnøjagtighed på grund af vibrationer. Produktionsoutputtet påvirkes også, da produktiviteten reduceres, når der opstår vibrationer. I ekstreme tilfælde kan komponenten blive kasseret fuldstændigt på grund af vibrationer.
Fordelene ved at reducere eller undgå vibrationer i bearbejdningsprocesser er talrige. Det giver en glattere overfladefinish på komponenter og forbedret delnøjagtighed, hvilket resulterer i mere ensartet produktkvalitet og større kundetilfredshed.
Derudover reducerer det værktøjsudbøjning og mindsker cyklustider, hvilket hjælper med at øge produktiviteten og reducere de samlede omkostninger forbundet med bearbejdningsoperationer.
Derudover modstår mindre slid på værktøjer slidrelateret svigt, mens længere værktøjslevetid giver færre hyppige værktøjsudskiftningsomkostninger, hvilket i sidste ende kan reducere nedetiden under periodiske vedligeholdelsesaktiviteter.
Samlet set har reduktion eller undgåelse af vibrationer i bearbejdningsoperationer både umiddelbare fordele, såsom forbedret produktivitet og omkostningsbesparelser. Som sådan bør det være en prioritet for produktionsteams, der stræber efter dele af høj kvalitet leveret til effektive omkostningspunkter, hvilket i sidste ende vil føre til højere kundetilfredshed og effektivitetsgevinster på tværs af deres operationer.
Ofte stillede spørgsmål (FAQ)
Hvad er årsagerne til vibrationer under bearbejdning?
En række faktorer kan bidrage til vibrationer under bearbejdning, herunder værktøjets design, skæreforholdene og maskinens stivhed.
Hvad er konsekvenserne af vibrationer i bearbejdning?
Den vibration, der opstår under bearbejdning, kan have betydelige konsekvenser, herunder en reduktion af værktøjslevetid, en stigning i cyklustiden og en reduktion i komponentkvaliteten.
Hvordan kan maskinværktøjsstivhed hjælpe med at forhindre vibrationer under bearbejdning?
Der er mindre sandsynlighed for vibrationer på en værktøjsmaskine med en højere grad af stivhed, fordi den er bedre egnet til at bære de skærekræfter, der opstår under bearbejdningsprocessen.
Hvordan kan skæreparametre hjælpe med at forhindre vibrationer under bearbejdning?
Ved bearbejdning opnås minimering af vibrationer bedst ved at justere skæreparametre som tilspændingshastighed, skærehastighed og spåndybde, indtil de er optimale.
Hvad er nogle aktive eller passive vibrationskontrolteknikker til at reducere vibrationer under bearbejdning?
Modalanalyse og brugen af dæmpende materialer er to eksempler på aktive og passive vibrationskontrolmetoder, der kan bruges til at reducere vibrationer i bearbejdning. Begge disse teknikker kan anvendes enten aktivt eller passivt.
Hvordan varierer vibrationer afhængigt af den type bearbejdningsoperation, der udføres? (h3)
Fordi skærehastighederne involveret i højhastighedsfræsning og -drejning er langt højere end dem, der er involveret i typiske bearbejdningsprocedurer, kan vibrationer være et særligt problematisk aspekt af disse processer.
Hvad er nogle bedste fremgangsmåder til at undgå eller reducere vibrationer i bearbejdning? (h3)
Ændring af skæregeometrien, anvendelse af en maskine med en højere grad af stivhed, optimering af skæreparametrene og anvendelse af aktive eller passive vibrationskontrolteknikker er nogle af de bedste fremgangsmåder, der kan anvendes i bearbejdning for at undgå eller reducere vibrationer.
Konklusion
Kort sagt er vibrationer i bearbejdning forårsaget af forskellige vibrationer, der kan opstå under skæreprocessen og kan have skadelige virkninger på produktivitet og præcision. Den mest effektive måde at reducere eller undgå vibrationer på er at tage skridt til at forhindre dem i at opstå i første omgang.
Dette kan omfatte:
- Valg af et skarpt værktøjsmateriale med en lav spånvinkel;
- Øget værktøjsstivhed ved at anvende en mere stiv værktøjsholder og øge spindelhastigheden;
- Installation af modvægte, dæmpningsmaterialer og frekvensjusteringsenheder langs maskinskinnerne
- Brug af aktive kontrolmetoder såsom aktiv vibrationsdæmpning;
- Opretholdelse af maskinens stabilitet med korrekt vedligeholdelse og smøring;
- Afbalancering af emnets vægt med yderligere understøtninger eller fiksturer;
- Brug af værktøj med flere skærkanter eller værktøj med forlænget spids;
- Udnyt moderne CAM-softwarefunktioner, der reducerer uønskede forstyrrelser under bearbejdning.
Overholdelse af disse metoder vil resultere i en øget produktiv tid som følge af reduceret vibrationsskæring.
