機械加工作業中に発生するびびりは大きな悩みの種となり、メーカーにとって余分な時間とコストが発生します。
この問題を防ぐ方法を知りたいですか?
機械加工におけるチャタリングを理解し、それを軽減または回避する効果的な方法を見つける必要があります。
このガイドでは、機械加工におけるびびりの原因について説明し、びびりを回避または軽減するための推奨戦略を示します。また、加工作業中のびびりのリスクを軽減するために従うべきセットアップと操作のベスト プラクティスについても説明します。
この情報があれば、機械のセットアップを最適化し、あらゆる操作で速いサイクル タイムと高品質の部品を確保するための準備が整います。
機械加工におけるびびりとは何ですか?
機械加工におけるチャタリングは、フライス加工、穴あけ加工、研削加工で通常発生する振動または揺動の一種です。機械工は通常、チャタリングを「敏感な切削」または「共振」と呼びます。チャタリングが発生すると、機械は甲高い音を発し、工具から生成されるチップストリップは厚く不安定になります。
びびりは、表面仕上げの低下、不均一な切り込み深さ、さらには工具の傷を引き起こす可能性があります。ひどい場合には、機械自体に致命的な故障を引き起こす可能性があります。
びびりは、ワークを押す切削力と、等距離で測定された切削力によって生じるモーメントとの間の不均衡によって発生します。
この不均衡によって生成されるエネルギーは定期的に複製され、これら 2 つの慣性点間で振動する共振波を引き起こし、チャタリングとして知られる強制調和振動を引き起こします。
この振動の速度と強さは、加工される材料の種類、送り速度、機械の剛性の程度、製造作業に使用される切削工具のコンプライアンスなど、多くの要因によって異なります。
機械工にとって、びびりの潜在的な原因を特定する方法と、致命的な故障が発生する前にそれを軽減する方法を理解することが重要です。
フライス加工や穴あけ加工におけるびびりを軽減または除去するためによく使用される一般的なソリューションをいくつか示します。
- スピンドル回転数の調整
- 動作パラメータの最適化
- 剛性フレーム上の強力なスピンドルなど、より強力なツールを備えたより頑丈なセットアップを使用します。
- 切込み量または切りくず負荷を大きくする
- 設置前の切削工具のバランス調整
- 加工される材料に適したすべての可動部品を潤滑します。
加工におけるびびりの種類
CNC 加工では、主に 2 つの形態のびびりが発生します。その一部は次のとおりです。
ツールビビリ
通常、CNC フライスを使用した切削作業中に振動が発生します。トリミングが開始され、振動がワークピースに伝わるにつれて、さまざまな機能が追加されます。そのため、機器とワークが滑り始め、ビビリ音が大きくなります。
ワークのびびり
フライス盤の作業台にワークピースを間違った方法で置くと、オフセットや振動が発生する場合があります。その結果、ワークピースの薄い壁が切削工具に向かって移動するときに揺れ始める場合があります。
ある程度のチャタリングは避けるのが難しいことが多いことを覚えておくことが重要です。フライス加工中の振動が 100µm を超えると、ワークピースの表面に傷がつく可能性があります。ただし、出力の品質を重視する場合は、ツールとワークピースの間のチャタリングについて何らかの対策を検討する必要があります。
以下では、チャタリングを減らすためのいくつかの戦略について説明します。
加工時のびびりの原因
機械加工におけるびびりは、金属の切削作業中に発生する一種の振動であり、その結果、表面仕上げが悪くなり、工具寿命が短くなります。おしゃべりは予測不可能で継続時間が非常に短いため、検出するのが難しい場合がありますが、適切な分析と防止テクニックを使用すると、おしゃべりを軽減したり、排除したりすることができます。
びびりは一般に、切削プロセスの不安定性によって発生します。これは、高い送り速度や切削抵抗による工具の摩耗やたわみ、不適切な研削角度や不等な溝長による不均衡な刃先や歯の形状、不十分なクーラント流量、不適切なワーククランプ技術、不適切な機械の剛性など、さまざまな要因によって発生する可能性があります。非対称な材料研削条件。
工具のびびりは、すくい角、ノーズ半径、逃げ角、およびワーク材料の組成によってさらに影響を受ける可能性があります。工具の摩耗もびびりの原因となる可能性があり、安定した加工作業の条件に違反するため、長期間無視すべきではありません。
新品の工具を使用後、加工条件を長期間変更しないと、工具表面が過度に摩耗し、使用前と比較して刃先や歯形のバランスが崩れ、びびりが発生することがあります。
したがって、使用中に工具を定期的にチェックし、ISO 13399 レベル 1A 工具指定形状コード ガイドラインなど、さまざまな加工標準の指示に概説されている許容公差と照らし合わせて工具をチェックすることが重要です。
工具を適切にメンテナンスすることは、刃先の形状の時間の経過とともに変化することによって引き起こされる誤った表示を回避するために不可欠です。そうしないと、加工作業中に過剰な振動が発生し、加工中の被削材をカットするたびにビビリが発生する可能性があります。
びびりが加工に及ぼす影響
びびりは機械加工において望ましくない、時には危険な現象であり、表面仕上げの低下、ワークの不良品、工具の破損、機械騒音の増大を引き起こす可能性があります。では、ビビリとは正確には何で、何が原因で、それをなくすにはどうすればよいのでしょうか?
びびりは、機械加工プロセス内のさまざまな問題領域から生じる、材料表面にわたる切削工具の振動です。これは、機械の状態とワークピースの形状の間の周期的な相互作用から生じる、工具ビットに作用する切削力の動的な性質によって発生します。
おしゃべりの一般的な影響は次のとおりです。
- 切削工具とワークとの位置ずれ。
- 気流などの外的要因により、主軸のバランスが悪くなったり、回転速度が乱れたりします。
- 特殊なすくい角や均一性などの工具の形状の不完全性も、高い切削抵抗下で工具の振動やたわみを引き起こす可能性があります。
機械加工中のびびりを軽減するにはいくつかの方法があります。これについては以下で説明します。
加工時のびびりを回避または軽減するための戦略
びびりは一般的な、潜在的に破壊的な問題であり、加工プロセスに影響を与える可能性があります。びびりは通常、切削工具のバランスが崩れることによって発生し、切削中にワークピースと切削工具に不要な振動を引き起こします。びびりが発生すると、工具寿命や部品の品質に悪影響を及ぼす可能性があります。
びびりを軽減または排除するには、次のようないくつかの戦略を採用できます。
- 調整速度: 主軸の回転数を遅くし、切り込み深さを減らすことで、びびりを軽減することができます。
- 加速率を下げる: 加速度を下げると、加工サイクルの開始時や別の軸上のパス間での移行時の振動を最小限に抑えることができます。
- さまざまな切削速度または送りを利用する: ツールの反対側で 2 つの異なる速度または送りを使用することにより、非同期動作が作成され、駆動モーターや機械フレームの屈曲など、他の原因によって発生する振動を減衰するのに役立ちます。
- ギャングノーズ RPM バランス調整テクニックなど、ツール自体のバランス調整テクニックを採用します。 この戦略は、不均衡な切削工具、特に複数の刃を備えた切削工具による表面力を打ち消すことによって工具の振動を低減します。
- コレットの剛性、機械コンポーネントの構造的特性、XYZ 軸に対するスピンドルの不適切な角度調整など、びびりの原因となる可能性のある他の領域を考慮します。 他の業界 (自動車製造など) で機械ノイズの原因となる調査結果と同様に、工作機械の設計のあらゆる側面を反映すると、機械工、オペレーター、エンジニアのいずれもが以前は予見していなかった解決策が得られることがよくあります。
- 機械のアライメントを定期的にチェックし、スピンドルのバランスが効果的に取れていることを確認してください。 両方のスピンドルベアリングを検査して、過負荷になっていないこと、または潤滑不良や汚染物質の蓄積によって早期故障が発生しやすくなっていないことを確認します。
- さらに、 ワークショップの外の状況に注意してください。 厳しい外部温度や気象条件などによって引き起こされる振動を軽減するための適切な措置を講じてください。これらはすべて、旋盤やフライス盤の切削安定性の低下につながる可能性があります。
びびりを回避または軽減するためのツールの選択とセットアップ
機械加工オペレーションを設定する際の最も重要な手順の 1 つは次のとおりです。 ツール 選択と設定。びびりを軽減または排除する場合、ツールの選択とセットアップが大きな違いを生む可能性があります。刃先は鋭く、きれいで、適切な形状とサイズで、適切に硬化され、用途に合わせて研磨されている必要があります。
良好な切りくずの流れを確保するには、すくい角は正の値にする必要があります。高速加工に工具を使用する場合、溝の間から効果的に切りくずを排出するには、工具のねじれ角が適切であることを確認することが重要です。
可能であれば、加工作業中に使用される高速/送りによるびびり振動を軽減するために、防振システムを採用する必要があります。このようなアプローチには、振動周波数の影響を受けやすい固体金属切削工具やより重い材料の代わりに、モリブデンゴムなどの「パッシブ」振動ダンパーを使用することが含まれます。
また、従業員は、プロセスの各段階を通じて安全な作業環境を確保しながら、ホイールや工具のガタつきを軽減するのに役立つ適切な加工技術についても指導されなければなりません。
作業を設定する際には、機械部品の機械的な締め付けや緩み、主軸の動作特性、さらには加工サイクル完了後の部品の交換や部品間の切り替えの動作を決定するギブ設定など、機械のダイナミクスを考慮することも重要です。位置決め精度といいます。
一貫したモデル/プロトタイプ生成を目的として、複数の部分からなるプロセスを伴う作業中の振動を軽減し、均一性を維持するため。
一般に、ネジを締めると、加工中の過度の振動を防ぐことができます。これは、おしゃべりを制御するのに役立ちます。ただし、力を加えすぎると、利益よりも害の方が大きくなる可能性があります。したがって、機械内のスピンドルやその他のプラスチックベッド構造に直接塗布する前に、ワークピースの寸法ごとに必要に応じて金属隙間ゲージを使用して正しい量をテスト/見つけなければなりません。
そのため、ベッドにいかなる形の変形も発生せず、適切なクランプに取り付けたり、それに必要な役割に関連した業務を実行したりする際に問題が発生し、その後、高価な金属製工具ビットやそれに応じた切削形状の損傷を引き起こし、不満足な最終製品が作成されて不合格になる可能性があります。無計画に。
最終的な目標は、次のことができるようになることです。
- 最小限のダウンタイムと低いスクラップ率で、毎回完璧な部品を作成できます。
- 必要に応じて、すべての基準と期限に従って迅速に回答する必要がある質問が発生します。さらに、迅速に回答する必要がある質問は、顧客満足度です。
- したがって、優れた評判を維持することが誇りに思われ続け、最終的には製品の故障確率から逸脱し、徹底的に製品を元に戻しました。
- また、以前のベンチマークの確実性を注意深く、頻繁に、そして忠実に維持します。
- 保証を確実に受けられる
- 比類なく美しくなったおいしさを着実に送ります。
- 要求される適切な必要事項を適切に実行する
- 成功事例が継続的に素晴らしい形で構築されるようにします。
加工時のびびりを回避または軽減する利点
チャタリングは「振動」とも呼ばれ、フライス加工、穴あけ加工、旋削加工などの機械加工工程で発生する望ましくない現象です。チャタリングは、工具のたわみによる表面仕上げの問題や、チャタリングによる部品精度の低下など、完成部品に多くの悪影響を及ぼします。チャタリングが発生すると生産性が低下するため、生産量にも影響します。極端な場合には、チャタリングが原因で部品が完全に廃棄されることもあります。
機械加工プロセスにおけるびびりを軽減または回避することの利点は数多くあります。これにより、コンポーネントの表面仕上げがより滑らかになり、部品の精度が向上し、その結果、製品の品質がより安定し、顧客満足度が向上します。
さらに、工具のたわみが減少し、サイクルタイムが短縮されるため、生産性が向上し、機械加工に関連する全体的なコストが削減されます。
さらに、工具の磨耗が少ないと磨耗による故障が起こりにくくなり、工具の寿命が長くなることで工具交換のコストが減り、最終的に定期メンテナンス活動中のダウンタイムを削減できます。
全体として、機械加工作業におけるびびりを軽減または回避すると、生産性の向上やコスト削減などの直接的な利点が得られます。したがって、効率的なコストポイントで高品質の部品を提供しようと努めている生産チームにとって、これは優先事項であるべきであり、それが最終的に顧客満足度の向上と業務全体の効率の向上につながります。
よくある質問（FAQ）
加工におけるびびりの原因は何ですか?
機械加工におけるびびりの原因には、工具の設計、切削条件、工作機械の剛性など、さまざまな要因が考えられます。
機械加工におけるびびりはどのような影響を及ぼしますか?
加工中に発生するびびりは、工具寿命の短縮、サイクルタイムの増加、部品品質の低下など、重大な影響を与える可能性があります。
工作機械の剛性は加工時のびびりを防ぐのにどのように役立ちますか?
工作機械の剛性が高いほど、加工時に発生する切削抵抗に耐えることができるため、びびりは発生しにくくなります。
加工時のびびりを防ぐために、切削パラメータはどのように役立ちますか?
機械加工では、びびりを最小限に抑えるには、送り速度、切削速度、切込み深さなどの切削パラメータを最適になるまで調整することが最も効果的です。
加工中のびびりを軽減するためのアクティブまたはパッシブ振動制御技術にはどのようなものがありますか?
モーダル解析と減衰材料の使用は、機械加工時のびびりを低減するために使用できるアクティブおよびパッシブ振動制御アプローチの 2 つの例です。これらのテクニックは両方とも、アクティブまたはパッシブに適用できます。
びびりは、実行される加工操作の種類によってどのように変化しますか? (h3)
高速フライス加工や旋削加工での切削速度は、一般的な機械加工での切削速度よりもはるかに高いため、びびりはこれらのプロセスで特に問題となる可能性があります。
加工中のびびりを回避または軽減するためのベスト プラクティスは何ですか? (h3)
切削形状の変更、より高い剛性を備えた工作機械の利用、切削パラメータの最適化、アクティブまたはパッシブ振動制御技術の適用は、びびりを回避または低減するために機械加工に使用できるベスト プラクティスの一部です。
結論
要約すると、機械加工におけるびびりは、切削プロセス中に発生する可能性のあるさまざまな振動によって引き起こされ、生産性や精度に悪影響を与える可能性があります。びびりを軽減または回避する最も効果的な方法は、そもそもの発生を防ぐための措置を講じることです。
これには、
- すくい角が低く鋭い工具材料を選択する。
- より剛性の高いツールホルダーを利用し、主軸速度を高めることでツールの剛性を高めます。
- カウンターウェイト、減衰材、周波数調整装置を工作機械のレールに沿って設置する
- アクティブ振動減衰などのアクティブ制御手法を活用。
- 適切なメンテナンスと潤滑により機械の安定性を維持します。
- 追加のサポートまたは固定具を使用してワークピースの重量のバランスをとる。
- 複数の刃先を備えた工具または拡張された先端工具を使用する。
- 加工中の不要な妨害を軽減する最新の CAM ソフトウェア機能を活用してください。
これらの方法を遵守すると、振動切削が減少し、生産時間が増加します。
