•   Wtorek, 7 lutego 2023
Koła łańcuchowe

Jak zredukować drgania i wibracje w obróbce CNC?

Chatter to problem, z którym każdy operator maszyny CNC musi sobie od czasu do czasu poradzić. Drgania podczas obróbki są częstym problemem w produkcji CNC. Frezowanie, toczenie lub wiercenie spowoduje części cierpią z tego tortury. Wpływa to na jakość i wydajność obróbki, spowoduje zmniejszenie wykończenia części, a także uszkodzi i znacznie skróci żywotność frezów końcowych. Jak zmniejszyć drgania w obróbce CNC jest główną treścią, którą omówimy poniżej.

Co to jest Chatter obróbki?

Obróbka wibracji, znany również jako chatter, odnosi się do zjawiska niepożądanych wibracji generowanych podczas operacji cięcia w procesach obróbki, takich jak frezowanie CNC, toczenie i wiercenie, które produkuje wahania na powierzchni części przetwarzanych. Dzieje się tak, gdy przedmiot obrabiany i narzędzie tnące wibrują z różnymi częstotliwościami i może to być wywołane przez wiele warunków procesu: uchwyty narzędziowe, narzędzia tnące, mocowania części i warunki pracy maszyny.

Wibracje te mogą być nierezonansowe, na przykład przy stosowaniu nierównomiernie zużytych narzędzi. Wibracje nierezonansowe są zazwyczaj stałe w całym cyklu obróbki i zazwyczaj mają przyczyny mechaniczne, które są łatwe do zdiagnozowania.

Wibracje wywołane rezonansem występują wtedy, gdy narzędzia, zamocowanie przedmiotu, strategie obróbki i ustawienia maszyny są równe lub zbliżone do częstotliwości drgań własnych maszyny. Ten rodzaj drgań może występować tylko w określonych miejscach na ścieżce narzędzia, np. w narożach wklęsłych.

Rodzaje drgań w obróbce skrawaniem - drgania narzędzia i drgania przedmiotu obrabianego

Istnieją dwa rodzaje drgań, o których należy pamiętać: drgania narzędzia i drgania przedmiotu obrabianego. W przypadku drgań narzędzia, maszyna i narzędzia zaczynają drgać, co jest następnie przenoszone na przedmiot obrabiany.

W przypadku drgań przedmiotu obrabianego drga jego ściana. Ten drugi przypadek występuje zazwyczaj tylko w przypadku cienkich ścian, ale może powodować więcej problemów niż drgania narzędzia. W tym artykule skoncentrujemy się na "drganiach narzędzia", ale można spróbować wykorzystać te same techniki do zmniejszenia "drgań przedmiotu obrabianego".

Dlaczego należy zredukować drgania?

Drgania podczas obróbki mogą powodować gorsze wykończenie powierzchni i skrócić trwałość narzędzia. Ślady drgań będą widoczne na obrabianej powierzchni, zwykle pokazując faliste wzory lub regularne znaki. Stałe drgania mogą powodować nierównomierne zużycie narzędzia, a nawet uszkodzenia.

Wibracje obrabiarek CNC są zazwyczaj słyszalne. Doświadczony mechanik będzie w stanie rozpoznać, kiedy występuje chattering poprzez swój unikalny głos.

Zazwyczaj 100μm jest używane jako kryterium oceny, czy drżenie jest odpowiednie. Jeśli amplituda drgań podczas skrawania przekracza 100μm, może to spowodować poluzowanie narzędzia lub przedmiotu obrabianego, a frezowanie nie może być kontynuowane. Gdy wibracja jest mniejsza niż 100μm, chociaż obróbka może być przeprowadzona, na powierzchni części pojawią się oczywiste rysy wibracyjne, co nie jest dozwolone na powierzchni gotowego produktu. Dlatego wibracje obróbki powinny być ograniczone w rozsądnym zakresie.

Jak zredukować drgania w obróbce CNC?

1. Określ prawidłową ścieżkę narzędzia

Jest to bardzo ważny krok w obróbce skrawaniem. Zgodnie z instrukcjami, frezowanie można podzielić na frezowanie w dół i frezowanie w górę. Jeśli kierunek siły frezowania jest zgodny z kierunkiem mocowania przedmiotu obrabianego, można wyeliminować drgania wygiętej części. Frezarka CNC wyposażona w piłkę lub śrubę kulową i pionowe centrum obróbcze są bardzo pomocne w eliminowaniu drgań podczas frezowania CNC.

Podczas korzystania z konwencjonalnych ścieżek narzędzia na frezarce CNC, stopień zaangażowania narzędzi będzie się różnić. Może to powodować, że w niektórych punktach ścieżki narzędzia na frez działa nadmierna siła, co może powodować drgania. Użycie ścieżki narzędzia o stałym zazębieniu lub zmniejszenie głębokości skrawania może pomóc złagodzić tę sytuację.

2. Prawidłowe cięcie

Kiedy frezarka CNC używa długiego i cienkiego frezu do frezowania głębokich wnęk, zazwyczaj stosuje frezowanie wgłębne, w którym frez posuwa się osiowo jak wiertło. Podczas frezowania głębokich wnęk, wysięg długiego pręta jest zwykle ponad 3 razy większy niż średnica pręta narzędzia. Tylko wtedy, gdy drgania skrawania nie są poważne, regulacja parametrów skrawania może być skuteczna. Konwencjonalne metody regulacji: zmniejszenie prędkości narzędzia lub przedmiotu obrabianego, zmniejszenie głębokości skrawania i zwiększenie ilości skrawania na obrót. Ponadto, ostrza o dużych kątach do przodu i do tyłu są stosowane z lekkimi łamaczami wiórów. Kąt klina skrawającego płytki jest najmniejszy we frezowaniu.

3. Wybierz właściwy Frez Narzędzie

Oprzyrządowanie frezów może mieć duży wpływ na powstawanie odprysków. Należy wziąć pod uwagę odpowiednie podłoże, geometrię, pokrycie i współczynnik kształtu. Programiści zwykle mają tendencję do używania największego narzędzia, jakie można zmieścić, ale może to nie być idealny rozmiar narzędzia. Długie, cienkie narzędzia są bardziej podatne na wibracje (i ugięcia) niż krótkie, grube narzędzia. Dlatego należy wybrać narzędzie o największej średnicy. Minimalizuj liczbę narzędzi wystających z uchwytu narzędziowego i upewnij się, że są one ciasno zamocowane z dużą dokładnością bicia. Połączenie wielu narzędzi o zmiennych kształtach rowków jest skutecznym sposobem na redukcję drgań.

Ponadto, stosowanie ostrych ostrzy zmniejszy siłę cięcia frezarki CNC, a terminowe utrzymanie stabilności narzędzia i środowiska przetwarzania jest warunkiem przetwarzania, którego nie można zignorować.

Ważne jest również, aby stale stosować prawidłowy nacisk narzędzia lub obciążenie wiórem. We frezarkach CNC, nadmierna ilość rowków wiórowych może powodować odpryskiwanie. Mniej rowków wiórowych i frezy o zmiennym skoku mogą być stosowane w celu zmniejszenia drgań rezonansowych spowodowanych obciążeniem wiórami.

4. Właściwy uchwyt narzędziowy:

Zwykłe uchwyty narzędziowe (uchwyt boczny, podwójny uchwyt kątowy i standardowy uchwyt ER) nie są w stanie zapewnić precyzji i sztywności wymaganej przy wysokowydajnej obróbce. Lepszym wyborem jest uchwyt narzędziowy, który łączy kontakt czołowy i stożkowy, aby zapewnić wysoką precyzję i sztywność. Ten typ uchwytu łączy się z precyzyjnie szlifowaną powierzchnią wrzeciona podczas kontaktu ze stożkiem, co zapewnia wymaganą dodatkową sztywność, a także przyczynia się do tłumienia drgań. Wyważenie wszystkich narzędzi powinno być oceniane, a jakość powierzchni może być poprawiona nawet przy niższych obrotach.

5. Prawidłowa pracatrzymanie:

Jeśli część nie jest odpowiednio zamocowana, sama część może drgać i powodować drżenie. Sprawdź, czy uchwyt, imadło, stół próżniowy lub inne urządzenie do mocowania przedmiotu obrabianego wywiera wystarczający nacisk na przedmiot obrabiany. Staraj się stosować uchwyt roboczy o odpowiedniej wielkości, aby wywierać nacisk na część możliwie równomiernie.

Unikaj mocowania tylko jednego końca długiego, cienkiego materiału. Jeżeli może to stanowić problem, należy rozważyć użycie większego uchwytu na przedmiot obrabiany lub innego uchwytu na frezarce. Rozważ użycie konika lub stabilnej ramy oporowej na tokarce.

Przy stosowaniu cienkościennych części, drgania części amortyzujących mogą być szczególnie trudne. Jednym ze sposobów rozwiązania tego typu problemu jest zastosowanie materiałów wypełniających w celu zwiększenia sztywności części.

6. Ustawienie i konserwacja maszyny:

Maszyna CNC powinna być ustawiona na solidnej betonowej podłodze bez szwów, pęknięć lub jakichkolwiek innych nieciągłości. Luźne, miękkie, elastyczne lub uszkodzone podłogi będą pogłębiać drgania maszyn CNC. Prawidłowo zainstalowane kotwy lub właściwie wyregulowane stopy są również podstawowymi wymaganiami dla zmniejszenia jittera.

Jeśli chcesz utrzymać dobrą jakość powierzchni i wąskie tolerancje na źle utrzymanych maszynach, musisz przezwyciężyć problemy mechaniczne inne niż te wymienione tutaj. Należy regularnie konserwować urządzenia, aby zapewnić ich optymalną wydajność.

Zobacz również