Att uppleva vibrationer i bearbetningsoperationer kan vara ett stort huvudvärk och orsaka extra tid och kostnader för tillverkare.
Vill du veta hur du kan förebygga detta problem?
Det är dags att få en förståelse för vibrationer vid bearbetning och hitta effektiva sätt att minska eller undvika dem.
I den här guiden diskuterar vi orsakerna till vibrationer vid bearbetning och rekommenderar strategier för att undvika eller minska dem. Vi diskuterar också bästa praxis för uppställning och drift som bör följas för att minska risken för vibrationer under alla bearbetningsoperationer.
Med den här informationen blir du bättre rustad att optimera dina maskininställningar och säkerställa snabba cykeltider och högkvalitativa delar i varje operation.
Vad är vibration i bearbetning?
Vibrationer vid bearbetning är en typ av vibration eller oscillation som normalt uppstår vid fräsning, borrning eller slipning. Maskinister brukar kalla vibrationer för "känslig skärning" eller "resonans". När de uppstår producerar maskinerna ett högfrekvent, klagande ljud, och spånremsorna som genereras från verktyget är tjocka och instabila.
Vibrationer kan resultera i dålig ytjämnhet, ojämna skärdjup och till och med hackade verktyg. I allvarliga fall kan det orsaka katastrofala maskinfel.
Vibration orsakas av en obalans mellan skärkrafterna som trycker på arbetsstycket och momenten som skapas av skärkrafter mätta på lika avstånd.
Energin som skapas av denna obalans duplicerar sig själv regelbundet och orsakar resonansvågor som vibrerar mellan dessa två tröghetspunkter, vilket resulterar i en påtvingad harmonisk svängning som kallas vibration.
Hastigheten och intensiteten hos denna vibration beror på många faktorer, såsom vilken typ av material som bearbetas, matningshastighet, maskinens styvhet och eftergivligheten hos det skärverktyg som används för tillverkningsoperationer.
Det är viktigt för maskinister att förstå hur man identifierar potentiella orsaker till vibrationer och hur man kan mildra dem innan katastrofala fel kan inträffa.
Här är några vanliga lösningar som ofta används för att minska eller eliminera vibrationer vid fräsning och borrning:
- Justering av spindelvarvtal
- Optimering av driftsparametrar
- Använd kraftigare konfigurationer med kraftigare verktyg, till exempel starkare spindlar på styva ramar
- Ökning av skärdjupet eller spånbelastningen
- Balansering av skärverktyg före installation
- Smörjning av alla rörliga delar som är lämpliga för de material som ska bearbetas
Typer av vibrationer vid bearbetning
Vid CNC-bearbetning finns det huvudsakligen två former av vibrationer som man kan uppleva. Några av dem är följande:
Tool Chatter
Vanligtvis uppstår vibrationer under skäroperationer med CNC-fräsar. De börjar trimma, och när vibrationerna överförs till arbetsstycket tillför de olika funktioner. På grund av detta börjar instrumentet och arbetsstycket glida mot varandra, vilket gör att vibrationerna blir högre.
Arbetsstyckets vibration
Om du placerar arbetsstycket på fel sätt på fräsmaskinens arbetsbord kan det ibland orsaka förskjutningar och vibrationer. Som ett resultat kan arbetsstyckets tunna vägg börja skaka när det rör sig mot skärverktyget.
Det är viktigt att komma ihåg att viss vibration ofta är svår att undvika. Ytan på ditt arbetsstycke kan repas om vibrationen under fräsning är mer än 100 µm. Men om du bryr dig om kvaliteten på ditt resultat bör du nog överväga att göra något åt vibrationen mellan verktyget och arbetsstycket.
Nedan ska vi gå igenom några strategier för att minska prat.
Orsaker till vibrationer vid bearbetning
Vibrationer vid bearbetning är en typ av vibration som uppstår under metallbearbetning, vilket resulterar i dålig ytfinish och minskad livslängd. Vibrationer kan vara svåra att upptäcka eftersom de är oförutsägbara och mycket kortvariga, men rätt analys- och förebyggande tekniker kan bidra till att minska eller till och med eliminera dem.
Vibrationer orsakas vanligtvis av instabilitet i skärprocessen. Detta kan uppstå på grund av olika faktorer, inklusive verktygsslitage eller nedböjning från höga matningshastigheter eller skärkrafter, en obalanserad skäregg eller tandform på grund av felaktiga slipvinklar eller ojämn spårlängd, otillräckligt kylvätskeflöde, felaktiga fastspänningstekniker för arbetsstycket, otillräcklig maskinstyvhet och icke-symmetriska materialslipningsförhållanden.
Verktygets vibrationer kan vidare påverkas av dess spånvinkel, nosradie och släppningsvinkel, såväl som arbetsstyckets materialsammansättning. Verktygsslitage kan också vara en bidragande faktor till vibrationer och bör inte ignoreras för länge eftersom det bryter mot villkoren för stabila bearbetningsoperationer.
Om bearbetningsförhållandena förblir oförändrade under en längre tid efter att ett nytt verktyg använts första gången, kan vibrationer uppstå på grund av överdrivet slitage på verktygets yta som nu har en obalanserad skäregg eller tandform i förhållande till före första användningen.
Det är därför viktigt att regelbundet kontrollera verktyg medan de används och kontrollera dem mot accepterade toleranser enligt anvisningarna i olika bearbetningsstandarder, såsom ISO 13399 nivå 1A riktlinjer för formkodning av verktygsbeteckningar.
Korrekt underhåll av verktyg är avgörande för att undvika falska indikationer orsakade av geometriförändringar över tid på skäreggen, vilka annars skulle kunna leda till överdrivna vibrationer under bearbetning, vilket kan resultera i vibrationer vid varje snitt som görs på arbetsstyckets material som bearbetas.
Effekter av vibrationer på bearbetning
Vibrationer är en oönskad och ibland farlig företeelse vid bearbetning som kan resultera i sämre ytfinish, kassering av arbetsstycket, verktygsbrott och ökat maskinbuller. Så vad exakt är vibrationer, vad orsakar det och vad kan man göra för att eliminera det?
Vibration är en oscillation av skärverktyget över materialytan som är ett resultat av olika problemområden inom bearbetningsprocessen. Det uppstår på grund av den dynamiska naturen hos skärkrafter som verkar på verktygsspetset, vilket är ett resultat av periodiska interaktioner mellan maskinförhållandena och arbetsstyckets geometri.
Vanliga effekter av prat inkluderar:
- Feljustering mellan skärverktyget och arbetsstycket.
- Dålig spindelbalans eller störningar i dess rotationshastighet orsakas av externa faktorer som luftströmmar.
- Ofullkomligheter i verktygets geometri, såsom otypisk spånvinkel eller likformighet, kan också leda till vibrationer eller nedböjning av verktyget under höga skärkrafter.
Det finns flera sätt att minska vibrationer under bearbetningsoperationer, vilka kommer att diskuteras nedan.
Strategier för att undvika eller minska vibrationer vid bearbetning
Vibrationer är ett vanligt och potentiellt destruktivt problem som kan påverka bearbetningsprocessen. Vibrationer orsakas vanligtvis av ett obalanserat skärverktyg och producerar en oönskad vibration i arbetsstycket och skärverktyget under skärningen. När vibrationer uppstår kan verktygens livslängd och detaljkvalitet påverkas negativt.
För att minska eller eliminera prat kan flera strategier användas, såsom:
- Justera hastighet: Genom att sänka spindelns varvtal och minska skärdjupet kan det bidra till att minska vibrationer.
- Saktar ner accelerationshastigheter: Att minska accelerationshastigheterna kan bidra till att minimera vibrationer vid uppstart av en bearbetningscykel och övergång mellan passeringar på en annan axel.
- Användning av olika skärhastigheter eller matningar: Genom att använda två olika hastigheter eller matningar på motsatta sidor av verktyget skapas asynkron rörelse, vilket hjälper till att dämpa vibrationer som produceras av andra källor, såsom drivmotorer eller böjning av maskinramen.
- Användning av balanseringstekniker för själva verktygen, såsom varvtalsbalanseringstekniker för gängnos: Denna strategi minskar verktygsvibrationer genom att motverka ytkrafter från obalanserade skärverktyg – särskilt de med flera blad i sin sammansättning.
- Med beaktande av andra områden som kan bidra till vibrationer, inklusive hylsstyvhet, maskinkomponenters strukturella egenskaper, felaktig vinkeljustering av spindlar i förhållande till XYZ-axlar, etc.: I likhet med fynd som bidrar till maskinbuller i andra industrier (till exempel fordonstillverkning), kan reflektion över alla aspekter av maskinverktygskonstruktionen ofta ge lösningar som tidigare varit oförutsedda för både maskinister, operatörer och ingenjörer!
- Kontrollera regelbundet maskinens uppriktning och se till att spindeln är effektivt balanserad: Inspektera båda spindellagren för att säkerställa att de inte har blivit överbelastade eller benägna att haverera i förtid på grund av felaktig smörjning eller föroreningsansamling.
- Dessutom används var uppmärksam på förhållandena utanför din verkstad: Vidta lämpliga åtgärder för att minska vibrationer orsakade av hårda yttertemperaturer, väderförhållanden etc., eftersom dessa kan leda till dålig skärstabilitet på alla svarvar eller fräsmaskiner.
Verktygsval och inställningar för att undvika eller minska vibrationer
Ett av de viktigaste stegen i att sätta upp en bearbetningsoperation är verktyg val och inställning. När det gäller att minska eller eliminera vibrationer kan verktygsval och inställning göra stor skillnad. Skäreggen ska vara vass, ren, ha rätt form och storlek, vara ordentligt härdad och slipad för att passa tillämpningen.
Spånvinklarna måste vara positiva för att säkerställa bra spånflöde. Det är viktigt att säkerställa att verktyget har rätt spiralvinkel om det används för höghastighetsoperationer för att få effektiv spånavgång mellan spåren.
Där det är möjligt bör ett antivibrationssystem användas för att dämpa vibrationer på grund av de höga hastigheter/matningar som används under bearbetningsoperationer. En sådan metod innebär att man använder "passiva" vibrationsdämpare som molybdengummi istället för skärverktyg i massiv metall eller tyngre material, som är känsliga för vibrationsfrekvenser.
Anställda måste också instrueras i korrekta bearbetningstekniker som kan bidra till att minska vibrationer från hjul/verktyg samtidigt som en säker arbetsmiljö säkerställs genom varje steg i processen.
Det är också viktigt att beakta maskindynamiken när man ställer in en operation, såsom mekanisk täthet och glapp hos maskindelarna, spindelns rörelseegenskaper, tillsammans med kilinställningar som avgör rörelser för utbyte av komponenter eller växling mellan delar efter avslutad bearbetningscykel, kallad positioneringsnoggrannhet.
För att minska vibrationer och bibehålla enhetlighet under operationer som involverar processer med flera delar för konsekventa modeller/prototypgenerering.
Generellt sett hjälper åtdragning av skruvar till att förhindra överdriven vibration under bearbetning. Detta hjälper till att hålla vibrationsljudet under kontroll; dock kan för mycket kraft orsaka mer skada än nytta. Därför måste de korrekta mängderna testas/finnas med metallmått enligt kraven för arbetsstyckets dimensioner innan de appliceras direkt på spindlar respektive andra plastbäddsstrukturer i maskiner.
Således uppstår ingen form av deformation på bäddarna, vilket orsakar problem vid montering i lämpliga klämmor och utförande av arbetsuppgifter som krävs. Detta leder till skador på dyra metalliska verktygsbitar och därmed skärgeometrin, vilket leder till otillfredsställande kasserade slutprodukter som skapas slumpmässigt.
Det slutgiltiga målet är att kunna:
- Skapa felfria delar varje gång med minimal driftstopp och lägre kassationsnivåer.
- Vid behov uppstår frågor som behöver besvaras snabbt och enligt alla standarder och deadlines. Utöver det är den fråga som behöver besvaras snabbt kundnöjdhet.
- Således behölls ett fantastiskt rykte, och man avvek så småningom från sannolikheten för produktfel och ersatte dem helt och hållet.
- Även att noggrant, ofta och troget upprätthålla tidigare jämförelsevärden.
- Att få garantiskydd med försäkran
- Skickar stadigt härligt blivit makalöst vackert.
- Utföra de nödvändiga kraven på ett anständigt sätt
- Säkerställa att framgångshistorier kontinuerligt konstrueras på ett fantastiskt sätt.
Fördelar med att undvika eller minska vibrationer vid bearbetning
Vibrationer, ibland kallade "vibrationer", är ett oönskat fenomen som uppstår vid bearbetningsprocesser som fräsning, borrning och svarvning. Det har många negativa effekter på den färdiga detaljen, eftersom det kan orsaka problem med ytfinishen på grund av verktygsnedböjning och leda till dålig detaljnoggrannhet på grund av vibrationer. Produktionsutgången påverkas också eftersom produktiviteten minskar när vibrationer uppstår. I extrema fall kan komponenten skrotas helt på grund av vibrationer.
Fördelarna med att minska eller undvika vibrationer i bearbetningsprocesser är många. Det möjliggör en jämnare ytfinish på komponenterna och förbättrad detaljnoggrannhet, vilket resulterar i en mer konsekvent produktkvalitet och större kundnöjdhet.
Dessutom minskar det verktygsnedböjning och minskar cykeltiderna, vilket bidrar till att öka produktiviteten och minska de totala kostnaderna i samband med bearbetningsoperationer.
Dessutom motverkar mindre slitage på verktyg slitagerelaterade fel, medan längre verktygslivslängd ger färre kostnader för verktygsbyte vilket i slutändan kan minska stilleståndstiden vid regelbundet underhåll.
Sammantaget har minskning eller undvikande av vibrationer i bearbetningsoperationer både omedelbara fördelar, såsom förbättrad produktivitet och kostnadsbesparingar. Därför bör det vara en prioritet för produktionsteam som strävar efter högkvalitativa delar levererade till effektiva kostnadspunkter, vilket så småningom kommer att leda till högre kundnöjdhet och effektivitetsvinster i hela deras verksamhet.
Vanliga frågor (FAQ)
Vilka är orsakerna till vibrationer vid bearbetning?
En mängd olika faktorer kan bidra till vibrationer vid bearbetning, inklusive verktygets design, skärförhållandena och maskinens styvhet.
Vilka är konsekvenserna av vibrationer vid bearbetning?
Vibrationerna som uppstår under bearbetning kan få betydande konsekvenser, inklusive en minskning av verktygslivslängden, en ökning av cykeltiden och en minskning av komponentkvaliteten.
Hur kan maskinverktygsstyvhet bidra till att förhindra vibrationer vid bearbetning?
Vibrationer är mindre sannolikt att uppstå på en verktygsmaskin med högre grad av styvhet eftersom den är bättre lämpad att bära de skärkrafter som skapas under bearbetningsprocessen.
Hur kan skärparametrar bidra till att förhindra vibrationer vid bearbetning?
Vid bearbetning minimeras vibrationer bäst genom att justera skärparametrar som matningshastighet, skärhastighet och skärdjup tills de är optimala.
Vilka aktiva eller passiva vibrationskontrolltekniker finns det för att minska vibrationer vid bearbetning?
Modalanalys och användning av dämpande material är två exempel på aktiva och passiva vibrationskontrollmetoder som kan användas för att minska vibrationer vid bearbetning. Båda dessa tekniker kan tillämpas antingen aktivt eller passivt.
Hur varierar vibrationer beroende på vilken typ av bearbetningsoperation som utförs? (h3)
Eftersom skärhastigheterna vid höghastighetsfräsning och svarvning är mycket högre än de som används vid typiska bearbetningsprocedurer, kan vibrationer vara en särskilt problematisk aspekt av dessa processer.
Vilka är några bästa metoder för att undvika eller minska vibrationer vid bearbetning? (h3)
Att ändra skärgeometrin, använda en maskin med högre styvhet, optimera skärparametrarna och tillämpa aktiva eller passiva vibrationskontrolltekniker är några av de bästa metoderna som kan användas vid bearbetning för att undvika eller minska vibrationer.
Slutsats
Sammanfattningsvis orsakas vibrationer vid bearbetning av olika vibrationer som kan uppstå under skärprocessen och kan ha skadliga effekter på produktivitet och precision. Det mest effektiva sättet att minska eller undvika vibrationer är att vidta åtgärder för att förhindra att de uppstår från första början.
Detta kan innefatta:
- Att välja ett vasst verktygsmaterial med låg spånvinkel;
- Öka verktygsstyvheten genom att använda en styvare verktygshållare och öka spindelhastigheten;
- Installera motvikter, dämpningsmaterial och frekvensjusteringsanordningar längs maskinskenorna
- Använda aktiva styrmetoder såsom aktiv vibrationsdämpning;
- Bibehålla maskinens stabilitet med korrekt underhåll och smörjning;
- Balansering av arbetsstyckets vikt med ytterligare stöd eller fixturer;
- Användning av verktyg med flera skäreggar eller verktyg med förlängd spets;
- Dra nytta av moderna CAM-programvarufunktioner som minskar oönskade störningar vid bearbetning.
Att följa dessa metoder kommer att resultera i en ökning av produktivtiden till följd av minskad vibrationsskärning.
