Vibrácie sú nevyhnutným fyzikálnym javom pri prevádzke CNC obrábacích centier ATC (Automatic Tool Change). Ako dodávateľ ATC CNC obrábacích centier je pochopenie charakteristík vibrácií a ich vplyvu rozhodujúce pre vývoj produktu aj poradenstvo pre zákazníkov. V tomto blogu sa ponoríme do vibračných charakteristík ATC CNC obrábacích centier a preskúmame, ako ovplyvňujú proces obrábania.
Zdroje a typy vibrácií v ATC CNC obrábacích centrách
1. Mechanické vibrácie
Mechanické komponenty ATC CNC obrábacieho centra sú významným zdrojom vibrácií. Primárnou príčinou je napríklad otáčanie vretena. Keď sa vreteno otáča vysokou rýchlosťou, akákoľvek nevyváženosť vretena alebo rezného nástroja môže viesť k odstredivým silám, ktoré následne vytvárajú vibrácie. Svoju úlohu zohrávajú aj ložiská nesúce vreteno. Opotrebované alebo zle namontované ložiská môžu spôsobiť nepravidelné vibrácie počas chodu vretena.
Ďalším mechanickým zdrojom je pohyb osí. Lineárne vedenia a guľôčkové skrutky, ktoré poháňajú pohyb stola a hlavy nástroja, môžu vytvárať vibrácie. Nedokonalosti vo výrobe týchto komponentov, ako napríklad nerovnomerné vedenie guľôčkových skrutiek alebo nesprávne zarovnané lineárne vedenia, môžu viesť k periodickým vibráciám pri pohybe osí.
2. Rezanie - indukované vibrácie
Počas procesu rezania je interakcia medzi rezným nástrojom a obrobkom hlavným zdrojom vibrácií. Tvorba triesok je zložitý proces, ktorý zahŕňa strihanie a deformáciu materiálu obrobku. Nepravidelná tvorba triesky, ako je lámanie triesky alebo tvorba nahromadených hrán, môže spôsobiť náhle zmeny reznej sily, čo vedie k vibráciám.
Rezné parametre, ako je rýchlosť rezania, rýchlosť posuvu a hĺbka rezu, majú tiež významný vplyv na vibrácie vyvolané rezaním. Napríklad, ak je rýchlosť rezania príliš vysoká alebo rýchlosť posuvu príliš veľká, rezná sila sa zvýši, čo môže vyvolať samobudené vibrácie. Samobudené vibrácie sú obzvlášť problematické, pretože môžu časom narásť v amplitúde a spôsobiť vážne poškodenie rezného nástroja a obrobku.
3. Elektrika a ovládanie – súvisiace vibrácie
V moderných CNC obrábacích centrách ATC sú potenciálnymi zdrojmi vibrácií aj elektrické a riadiace systémy. Servomotory, ktoré poháňajú osi, sa spoliehajú na presné riadiace signály, aby fungovali hladko. Akékoľvek elektrické rušenie alebo chyby riadenia môžu spôsobiť, že servomotory budú generovať vibrácie. Napríklad nesprávne nastavenie zosilnenia v systéme riadenia serva môže viesť k nadmernej alebo nedostatočnej kompenzácii pohybu motora, čo má za následok vibrácie.
Vibračné charakteristiky
1. Frekvenčné charakteristiky
Vibrácie v ATC CNC obrábacích centrách môžu mať široký rozsah frekvencií. Mechanické vibrácie majú zvyčajne relatívne nízke frekvencie, zvyčajne v rozsahu od niekoľkých hertzov do niekoľkých stoviek hertzov. Napríklad vibrácie spôsobené otáčaním vretena pri relatívne nízkej rýchlosti môžu mať frekvenciu zodpovedajúcu rýchlosti otáčania vretena.
Vibrácie vyvolané rezaním môžu mať nízkofrekvenčné aj vysokofrekvenčné zložky. Nízkofrekvenčné rezné vibrácie často súvisia s celkovým procesom rezania, ako je periodicita tvorby triesok. Vysokofrekvenčné rezné vibrácie môžu byť na druhej strane spôsobené vysokorýchlostným nárazom medzi rezným nástrojom a obrobkom alebo rezonanciou rezného systému.
Elektrické vibrácie a vibrácie súvisiace s riadením môžu mať frekvencie, ktoré súvisia s frekvenciou riadiacej slučky servosystému. Tieto frekvencie sa môžu pohybovať od niekoľkých stoviek hertzov po niekoľko kilohertzov, v závislosti od konštrukcie riadiaceho systému.
2. Amplitúdové charakteristiky
Amplitúda vibrácií je dôležitá charakteristika, ktorá priamo ovplyvňuje kvalitu obrábania. Vibrácie s malou amplitúdou môžu mať zanedbateľný vplyv na povrchovú úpravu obrobku, ale vibrácie s veľkou amplitúdou môžu spôsobiť značné problémy. Napríklad nadmerná amplitúda vibrácií môže viesť k zlej drsnosti povrchu, rozmerovým nepresnostiam a dokonca k zlomeniu nástroja.
Amplitúda vibrácií je ovplyvnená mnohými faktormi, vrátane tuhosti konštrukcie stroja, rezných podmienok a tlmiacej kapacity systému. Stroj s tuhšou konštrukciou vo všeobecnosti znesie väčšie rezné sily bez nadmerných vibrácií. Na absorbovanie a rozptýlenie vibračnej energie možno použiť tlmiace materiály a štruktúry, čím sa zníži amplitúda vibrácií.
3. Fázové charakteristiky
Fázový vzťah medzi rôznymi zdrojmi vibrácií môže mať tiež vplyv na celkové vibračné správanie ATC CNC obrábacieho centra. Ak je prítomných viacero zdrojov vibrácií, ich fázy sa môžu konštruktívne alebo deštruktívne sčítať. Konštruktívne rušenie nastáva, keď sú fázy rôznych vibrácií synchronizované, čo vedie k zvýšeniu celkovej amplitúdy vibrácií. Na druhej strane k deštruktívnemu rušeniu dochádza, keď sú fázy nesynchronizované, čo môže znížiť celkovú amplitúdu vibrácií.
Vplyv vibrácií na ATC CNC obrábacie centrá
1. Vplyv na kvalitu obrábania
Vibrácie majú priamy a významný vplyv na kvalitu obrábania. Ako už bolo spomenuté, vibrácie môžu spôsobiť zlú drsnosť povrchu. Keď rezný nástroj počas procesu obrábania vibruje, zanecháva na povrchu obrobku nepravidelné stopy, čo vedie k drsnému povrchu. Toto je obzvlášť dôležité v aplikáciách, kde sa vyžadujú vysoko presné povrchové úpravy, ako napríklad pri výrobe optických komponentov alebo leteckých dielov.
Ďalším dôsledkom vibrácií sú rozmerové nepresnosti. Vibrácie môžu spôsobiť, že sa rezný nástroj odchýli od zamýšľanej dráhy, čo vedie k chybám v rozmeroch obrábanej časti. To môže viesť k tomu, že diely nespĺňajú konštrukčné špecifikácie, čo vedie k zvýšenej miere šrotu a výrobným nákladom.
2. Vplyv na životnosť nástroja
Vibrácie môžu výrazne znížiť životnosť rezného nástroja. Vibrácie s vysokou frekvenciou a vysokou amplitúdou môžu spôsobiť nadmerné opotrebovanie reznej hrany nástroja. Vibrácie môžu tiež viesť k vylamovaniu a zlomeniu rezného nástroja, najmä pri krehkých nástrojových materiáloch, ako je karbid.
Keď rezný nástroj vibruje, rozloženie reznej sily sa stáva nerovnomerným, čo môže spôsobiť lokalizované koncentrácie napätia na nástroji. V priebehu času môžu tieto koncentrácie napätia viesť k tvorbe trhlín a v konečnom dôsledku k zlyhaniu nástroja. To nielen zvyšuje náklady na nástroje, ale vyžaduje aj častejšiu výmenu nástrojov, čo znižuje produktivitu procesu obrábania.
3. Vplyv na životnosť stroja
Nepretržité vibrácie môžu mať negatívny vplyv aj na životnosť samotného ATC CNC obrábacieho centra. Vibrácie môžu spôsobiť únavové poškodenie konštrukcie stroja, najmä v oblastiach s vysokou koncentráciou napätia, ako sú spoje medzi rôznymi komponentmi.
Ložiská, lineárne vedenia a guľôčkové skrutky sú obzvlášť citlivé na poškodenie spôsobené vibráciami. Vibrácie môžu urýchliť opotrebovanie týchto komponentov, čo vedie k zníženiu presnosti a zvýšeným požiadavkám na údržbu. V závažných prípadoch môžu vibrácie spôsobiť zlyhanie týchto kritických komponentov, čo si môže vyžadovať drahé opravy a dlhodobé prestoje stroja.
Zmiernenie vibrácií v ATC CNC obrábacích centrách
1. Návrh stroja a optimalizácia konštrukcie
Jedným zo základných spôsobov, ako zmierniť vibrácie, je správna konštrukcia stroja a optimalizácia konštrukcie. Zvýšenie tuhosti konštrukcie stroja môže pomôcť znížiť amplitúdu vibrácií. To sa dá dosiahnuť použitím hrubších a pevnejších materiálov v konštrukcii rámu stroja a komponentov.
Do konštrukcie stroja môžu byť začlenené aj tlmiace materiály, ktoré absorbujú a rozptyľujú energiu vibrácií. Napríklad viskoelastické tlmiace materiály môžu byť použité v spojoch medzi rôznymi komponentmi na zníženie prenosu vibrácií.
2. Optimalizácia parametrov rezania
Optimalizácia rezných parametrov je účinný spôsob, ako znížiť vibrácie spôsobené rezaním. Starostlivým výberom reznej rýchlosti, rýchlosti posuvu a hĺbky rezu je možné regulovať reznú silu a minimalizovať pravdepodobnosť samovoľných vibrácií.
V niektorých prípadoch môže potlačiť vibrácie aj použitie premenných rezných parametrov počas procesu obrábania. Napríklad mierna zmena reznej rýchlosti počas procesu rezania môže narušiť podmienky pre samobudené vibrácie.
3. Upevnenie nástroja a obrobku
Správne upevnenie nástroja a obrobku je nevyhnutné na zníženie vibrácií. Dobre upnutý nástroj a obrobok môžu poskytnúť lepšiu stabilitu počas procesu rezania. Používanie vysokokvalitných držiakov nástrojov a upínacích prípravkov obrobkov môže pomôcť minimalizovať pohyb a vibrácie nástroja a obrobku.
Napríklad hydraulické držiaky nástrojov môžu poskytnúť bezpečnejšie a presnejšie spojenie medzi nástrojom a vretenom, čím sa znížia vibrácie spôsobené vybiehaním nástroja. Podobne použitie prípravkov s vysokými upínacími silami môže zabrániť vibráciám obrobku počas procesu rezania.
Ako dodávateľCNC obrábacie centrá ATC, chápeme dôležitosť kontroly vibrácií pri zabezpečovaní vysokokvalitného výkonu našich strojov. nášCNC obrábacie centrum drevaaATC CNC smerovačsú navrhnuté s pokročilými technológiami na zníženie vibrácií, aby našim zákazníkom poskytli spoľahlivé a vysoko presné riešenia obrábania.
Ak máte záujem o naše ATC CNC obrábacie centrá a chcete prediskutovať svoje špecifické požiadavky na obrábanie, neváhajte nás kontaktovať. Zaviazali sme sa poskytovať vám tie najlepšie produkty a služby, ktoré uspokoja vaše potreby.
Referencie
- Altintas, Y. (2000). Automatizácia výroby: Mechanika rezania kovov, vibrácie obrábacích strojov a dizajn CNC. Cambridge University Press.
- Shaw, MC (2005). Princípy rezania kovov. Oxford University Press.
- Tobias, SA (1965). Vibrácie obrábacieho stroja. Blackie & Son Limited.
