Войти
Обрабатывающие колебания, называемые также болтовней, соответствует относительному движению между заготовкой и режущим инструментом. Вибрации вызывают появление волн на обрабатываемой поверхности. Это влияет на типичные процессы обработки, такие как токарная обработка, фрезерование и сверление, а также на нетипичные процессы обработки, такие как шлифование.
Знак болтовни является неровной поверхностью недостатка, оставленный колесом, которое находится вне верны в шлифовании или обычная метка влево при повороте длинного куска на токарном станке, в результате механической обработки колебаний.
Еще в 1907 году Фредерик В. Тейлор описал вибрации при механической обработке как наиболее непонятную и деликатную из всех проблем, с которыми сталкивается машинист, и это наблюдение остается верным и сегодня, как показано во многих публикациях по механической обработке.
Объяснение регенеративной вибрации станка было дано Тобиасом. С.А. и У. Фишвик в 1958 году, моделируя петлю обратной связи между процессом резки металла и структурой станка, и получили диаграмму лепестков устойчивости. Жесткость конструкции, коэффициент демпфирования и коэффициент демпфирования процесса обработки являются основными параметрами, определяющими предел, при котором вибрация в процессе обработки может увеличиваться со временем.
Математические модели позволяют достаточно точно моделировать вибрацию при механической обработке, но на практике избежать вибраций всегда сложно.
Основные правила для машиниста по недопущению вибраций:
Использование высокоскоростной обработки (HSM) позволило повысить производительность и реализовать детали, которые раньше были невозможны, например, тонкостенные детали. К сожалению, станочные центры менее жесткие из-за очень высоких динамических перемещений. Во многих областях применения, например, для длинных инструментов, тонких деталей, появление вибраций является самым ограничивающим фактором и заставляет машиниста снижать скорость резания и подачу значительно ниже возможностей станков или инструментов.
Проблемы с вибрацией обычно приводят к шуму, плохому качеству поверхности, а иногда и к поломке инструмента. Основные источники бывают двух типов: вынужденные колебания и собственные колебания. Вынужденные вибрации в основном возникают из-за прерывистого резания (присущего фрезерованию), биения или вибрации снаружи станка. Собственные вибрации связаны с тем, что фактическая толщина стружки зависит также от относительного положения инструмента и заготовки во время предыдущего прохода зуба. Таким образом, могут возникать повышенные вибрации до уровней, которые могут серьезно ухудшить качество обработанной поверхности.
Промышленные и академические исследователи широко изучали вибрацию при механической обработке. Были разработаны специальные стратегии, особенно для тонкостенных деталей, путем чередования небольших проходов обработки во избежание статического и динамического изгиба стенок. Длина режущей кромки, контактирующей с заготовкой, также часто уменьшается, чтобы ограничить собственные вибрации.
Моделирование сил резания и вибраций, хотя и не совсем точное, позволяет имитировать проблематичную обработку и уменьшить нежелательные эффекты вибрации. Умножение моделей на основе теории лепестка устойчивости, которая позволяет найти лучшую скорость шпинделя для обработки, дает надежные модели для любого вида обработки.
Моделирование во временной области позволяет вычислить положение детали и инструмента в очень малых временных масштабах без значительного ущерба для точности процесса нестабильности и моделируемой поверхности. Эти модели требуют больше вычислительных ресурсов, чем модели с лепестками устойчивости, но дают большую свободу (законы резания, биение, вспашка, модели конечных элементов). Моделирование во временной области довольно сложно роботизировать, но в исследовательских лабораториях проводится большая работа в этом направлении.
В дополнение к теории лепестков устойчивости, использование переменного шага инструмента часто дает хорошие результаты при относительно низких затратах. Эти инструменты все чаще предлагаются производителями инструментов, хотя это не совсем совместимо с сокращением количества используемых инструментов. Другие направления исследований также являются многообещающими, но часто требуют серьезных модификаций, чтобы их можно было применить на обрабатывающих центрах. Очень многообещающими являются два вида программного обеспечения: моделирование во временной области, которые еще не дают надежных прогнозов, но должны развиваться, и экспертное программное обеспечение для виброобработки, прагматично основанное на знаниях и правилах.
Обычный метод настройки процесса обработки по-прежнему в основном основан на исторических технических ноу-хау и на методе проб и ошибок для определения наилучших параметров. В соответствии с конкретными навыками компании в первую очередь изучаются различные параметры, такие как глубина резания, траектория инструмента, настройка заготовки и геометрическое определение инструмента. Когда возникает проблема с вибрацией, информацию обычно запрашивают у производителя инструмента или у продавца программного обеспечения CAM ( автоматизированное производство ), и они могут дать лучшую стратегию обработки детали. Иногда, когда проблемы с вибрацией являются слишком серьезным финансовым предубеждением, могут быть вызваны эксперты, которые после измерения и расчета могут назначить скорости шпинделя или модификации инструмента.
По сравнению с промышленными ставками коммерческие решения встречаются редко. Чтобы проанализировать проблемы и предложить решения, лишь немногие специалисты предлагают свои услуги. Предлагается вычислительное программное обеспечение для лепестков устойчивости и измерительных устройств, но, несмотря на широкую огласку, они используются относительно редко. Наконец, датчики вибрации часто интегрируются в обрабатывающие центры, но они используются в основном для диагностики износа инструментов или шпинделя. Держатели инструмента нового поколения и особенно держатели гидравлического разжимного инструмента в значительной степени сводят к минимуму нежелательные эффекты вибрации. Прежде всего, точный контроль общего показания индикатора до менее 3 микрометров помогает снизить вибрации из-за сбалансированной нагрузки на режущие кромки, а небольшая вибрация, создаваемая на них, в основном поглощается маслом внутри камер держателя гидравлического расширительного инструмента.
Вибрация при обработке часто исходит от держателя инструмента, имеющего высокое отношение L / D и низкую жесткость. Упрочнение держателя инструмента карбидом вольфрама широко используется, когда диаметр / вес инструмента небольшой, а стоимость материала карбида вольфрама невысока. Более длинный вылет при L / D от 4 до 14, необходим демпфер для эффективного гашения вибрации с противодействующей силой конструкции инструмента. Простая форма массового демпфера имеет большой вес (сделанный из вольфрама или свинца), поддерживаемый резиновыми кольцами, с регулирующим механизмом или без него. Механизм настройки позволяет массовому демпферу покрывать более широкий диапазон отношения L / D (связанный с частотой вибрации). В более совершенном демпфере массы на режущих инструментах используется вязкая жидкость или демпфирующее масло для повышения эффективности демпфирования при заданном отношении L / D (частота вибрации). В новейшем демпфере массы на режущих инструментах используются специальные полимеры, жесткость которых зависит от частоты, и эти полимеры используются для самонастройки / регулировки для покрытия более широкого отношения L / D.
Станки со встроенными датчиками, которые могут измерять вибрацию при обработке и обеспечивать обратную связь для автоматической настройки демпфера массы, уже продемонстрированы в лабораторных условиях. Развертывание таких решений все еще не решено из-за простоты использования и стоимости.
