Вибрацията е неизбежно физическо явление при работата на ATC (автоматична смяна на инструмента) CNC обработващи центрове. Като доставчик на ATC CNC обработващи центри, разбирането на характеристиките на вибрациите и тяхното влияние е от решаващо значение както за разработването на продукта, така и за насоките на клиентите. В този блог ще разгледаме вибрационните характеристики на ATC обработващите центри с ЦПУ и ще проучим как те влияят върху процеса на обработка.
Източници и видове вибрации в ATC CNC обработващи центрове
1. Механична вибрация
Механичните компоненти на ATC CNC обработващ център са значителни източници на вибрации. Например въртенето на шпиндела е основна причина. Когато шпинделът се върти с високи скорости, всеки дисбаланс в шпиндела или режещия инструмент може да доведе до центробежни сили, които от своя страна генерират вибрации. Лагерите, поддържащи шпиндела, също играят роля. Износени или лошо монтирани лагери могат да причинят неравномерни вибрации по време на работа на шпиндела.
Друг механичен източник е движението на осите. Линейните водачи и сферичните винтове, които задвижват движението на масата и главата на инструмента, могат да предизвикат вибрации. Несъвършенствата в производството на тези компоненти, като неравномерни проводници на сачмен винт или неправилно подравнени линейни водачи, могат да доведат до периодични вибрации при движение на осите.
2. Рязане - Индуцирана вибрация
По време на процеса на рязане взаимодействието между режещия инструмент и детайла е основен източник на вибрации. Образуването на стружки е сложен процес, който включва срязване и деформация на материала на детайла. Неправилното образуване на стружки, като счупване на стружки или натрупани ръбове, може да причини внезапни промени в силата на рязане, водещи до вибрации.
Параметрите на рязане, като скорост на рязане, скорост на подаване и дълбочина на рязане, също имат значително влияние върху вибрациите, предизвикани от рязане. Например, ако скоростта на рязане е твърде висока или скоростта на подаване е твърде голяма, силата на рязане ще се увеличи, което може да предизвика самовъзбуждащи се вибрации. Самовъзбуждащите се вибрации са особено обезпокоителни, тъй като могат да нараснат по амплитуда с течение на времето и да причинят сериозни щети на режещия инструмент и детайла.
3. Вибрации, свързани с електричество и управление
В съвременните CNC обработващи центрове ATC електрическите и контролните системи също са потенциални източници на вибрации. Серво моторите, които задвижват осите, разчитат на прецизни управляващи сигнали, за да работят гладко. Всички електрически смущения или грешки в управлението могат да причинят вибрации на серводвигателите. Например, неправилните настройки на усилването в системата за серво управление могат да доведат до свръх- или недостатъчна компенсация на движението на двигателя, което води до вибрации.
Вибрационни характеристики
1. Честотни характеристики
Вибрациите в обработващите центрове с ЦПУ ATC могат да имат широк диапазон от честоти. Механичните вибрации обикновено имат относително ниски честоти, обикновено в диапазона от няколко херца до няколкостотин херца. Например, вибрацията, причинена от въртенето на шпиндела при относително ниска скорост, може да има честота, съответстваща на скоростта на въртене на шпиндела.
Вибрациите, предизвикани от рязане, могат да имат както нискочестотни, така и високочестотни компоненти. Нискочестотните вибрации при рязане често са свързани с цялостния процес на рязане, като например периодичността на образуване на стружки. Високочестотните вибрации при рязане, от друга страна, могат да бъдат причинени от удара с висока скорост между режещия инструмент и детайла или от резонанса на режещата система.
Електрическите и свързаните с управлението вибрации могат да имат честоти, които са свързани с честотата на управляващия контур на серво системата. Тези честоти могат да варират от няколкостотин херца до няколко килохерца, в зависимост от дизайна на системата за управление.
2. Амплитудни характеристики
Амплитудата на вибрациите е важна характеристика, която пряко влияе върху качеството на обработка. Вибрациите с малка амплитуда може да имат незначително въздействие върху повърхността на обработвания детайл, но вибрациите с голяма амплитуда могат да причинят значителни проблеми. Например, прекомерната амплитуда на вибрациите може да доведе до слаба грапавост на повърхността, неточности в размерите и дори счупване на инструмента.
Амплитудата на вибрациите се влияе от много фактори, включително твърдостта на конструкцията на машината, условията на рязане и демпфиращия капацитет на системата. Машина с по-твърда структура обикновено може да издържи на по-големи сили на рязане без прекомерни вибрации. Амортизиращите материали и конструкции могат да се използват за абсорбиране и разсейване на вибрационната енергия, като по този начин се намалява амплитудата на вибрациите.
3. Фазови характеристики
Фазовото съотношение между различните източници на вибрации също може да окаже влияние върху цялостното поведение на вибрациите на ATC CNC обработващия център. Когато са налице множество източници на вибрации, техните фази могат да се съберат конструктивно или разрушително. Конструктивна интерференция възниква, когато фазите на различните вибрации са синхронизирани, което води до увеличаване на общата амплитуда на вибрациите. Разрушителните смущения, от друга страна, възникват, когато фазите не са синхронизирани, което може да намали общата амплитуда на вибрациите.
Влияние на вибрациите върху ATC CNC обработващи центри
1. Въздействие върху качеството на обработка
Вибрацията има пряко и значително влияние върху качеството на обработката. Както споменахме по-рано, вибрациите могат да причинят лоша грапавост на повърхността. Когато режещият инструмент вибрира по време на процеса на обработка, той оставя неравномерни следи върху повърхността на детайла, което води до грубо покритие. Това е особено критично в приложения, където се изисква високопрецизно покритие на повърхността, като например при производството на оптични компоненти или аерокосмически части.
Неточностите в размерите са друга последица от вибрациите. Вибрациите могат да накарат режещия инструмент да се отклони от планираната траектория, което води до грешки в размерите на обработваната част. Това може да доведе до части, които не отговарят на спецификациите на дизайна, което води до увеличен процент брак и производствени разходи.
2. Въздействие върху живота на инструмента
Вибрацията може значително да намали живота на режещия инструмент. Вибрациите с висока честота и висока амплитуда могат да причинят прекомерно износване и разкъсване на режещия ръб на инструмента. Вибрациите също могат да доведат до начупване и счупване на режещия инструмент, особено при крехки материали за инструменти като карбид.
Когато режещият инструмент вибрира, разпределението на силата на рязане става неравномерно, което може да причини локализирани концентрации на напрежение върху инструмента. С течение на времето тези концентрации на напрежение могат да доведат до образуване на пукнатини и в крайна сметка до повреда на инструмента. Това не само увеличава разходите за инструменти, но също така изисква по-честа смяна на инструментите, което намалява производителността на процеса на обработка.
3. Въздействие върху живота на машината
Продължителните вибрации също могат да имат отрицателно въздействие върху живота на самия ATC CNC обработващ център. Вибрациите могат да причинят повреда от умора на конструкцията на машината, особено в зони, където има високи концентрации на напрежение, като например ставите между различни компоненти.
Лагерите, линейните водачи и сферичните винтове са особено уязвими на повреди, причинени от вибрации. Вибрациите могат да ускорят износването на тези компоненти, което води до намалена точност и повишени изисквания за поддръжка. В тежки случаи вибрациите могат да причинят повреда на тези критични компоненти, което може да изисква скъпи ремонти и дългосрочен престой на машината.
Намаляване на вибрациите в ATC CNC обработващи центрове
1. Машинен дизайн и оптимизация на структурата
Един от основните начини за смекчаване на вибрациите е чрез правилен дизайн на машината и оптимизиране на структурата. Увеличаването на твърдостта на структурата на машината може да помогне за намаляване на амплитудата на вибрациите. Това може да се постигне чрез използване на по-дебели и по-твърди материали в конструкцията на рамата на машината и компонентите.
Амортисьорите могат също да бъдат включени в структурата на машината, за да абсорбират и разсейват енергията на вибрациите. Например, вискоеластични амортизиращи материали могат да се използват във връзките между различни компоненти, за да се намали предаването на вибрации.
2. Оптимизиране на параметрите на рязане
Оптимизирането на параметрите на рязане е ефективен начин за намаляване на вибрациите, предизвикани от рязане. Чрез внимателно избиране на скоростта на рязане, скоростта на подаване и дълбочината на рязане, силата на рязане може да се контролира и вероятността от самовъзбуждащи се вибрации може да бъде сведена до минимум.
В някои случаи използването на променливи параметри на рязане по време на процеса на обработка също може да помогне за потискане на вибрациите. Например лекото изменение на скоростта на рязане по време на процеса на рязане може да наруши условията за самовъзбуждащи се вибрации.
3. Фиксиране на инструмент и детайл
Правилното закрепване на инструмента и детайла е от съществено значение за намаляване на вибрациите. Добре захванатият инструмент и детайл могат да осигурят по-добра стабилност по време на процеса на рязане. Използването на висококачествени държачи за инструменти и приспособления за детайли може да помогне за минимизиране на движението и вибрациите на инструмента и детайла.
Например, хидравличните държачи за инструменти могат да осигурят по-сигурна и прецизна връзка между инструмента и шпиндела, намалявайки вибрациите, причинени от изчерпване на инструмента. По същия начин използването на приспособления с големи затягащи сили може да предотврати вибрирането на детайла по време на процеса на рязане.
Като доставчик наATC CNC обработващи центрове, ние разбираме значението на контрола на вибрациите за осигуряване на висококачествена работа на нашите машини. НашитеЦентър за обработка на дърво с ЦПУиATC CNC рутерса проектирани с модерни технологии за намаляване на вибрациите, за да предоставят на нашите клиенти надеждни и високо прецизни решения за обработка.
Ако се интересувате от нашите ATC обработващи центрове с ЦПУ и искате да обсъдите вашите специфични изисквания за обработка, моля не се колебайте да се свържете с нас. Ние се ангажираме да ви предоставим най-добрите продукти и услуги, за да отговорим на вашите нужди.
Референции
- Алтинтас, Й. (2000). Автоматизация на производството: механика на металорежещи машини, вибрации на машинни инструменти и проектиране с ЦПУ. Cambridge University Press.
- Шоу, MC (2005). Принципи на рязане на метал. Oxford University Press.
- Тобиас, SA (1965). Вибрация на машинния инструмент. Blackie & Son Limited.
