Жоғары жылдамдықты және жоғары дәлдікті фрезерлеу станогының кесу осінде тербелістерді қалай азайтуға болады?

Резонансты болдырмау және тұрақтылық лобусын талдау арқылы жоғары жылдамдықты осьтің тербелісін реттеу

Модальды талдау мен гармоникалық резонансты карталау арқылы сызықтық жиіліктерді анықтау және олардан аулақ болу

Жоғары жылдамдықта фрезерлеу кезінде осьтің артық тербелісі әдетте гармоникалық резонанс мәселелеріне байланысты. Негізінде бұл қиылу күштері машинасының табиғи жиіліктерімен сәйкес келген кезде пайда болады. Қазіргі кездегі көптеген инженерлер осы проблемалық жылдамдық ауқымдарын анықтау үшін немесе тәжірибелік сынақтарға, немесе компьютерлік модельдеуге сүйенеді. Нақтырақ айтқанда, алюминий қорытпаларымен жұмыс істеген кезде, соңғы жылы «Machining Dynamics» журналында жарияланған жаңа зерттеулерге сәйкес, негізгі 450–900 Гц ауқымынан екі жағынан шамамен 15% алыстау қысымды тербелістерді шамамен 40% азайтады. Бұл жиіліктерден арылу құралдың иілуі басталғанда және қиылу күштері әртүрлі бағыттарға секіріп кеткен кезде пайда болатын қатты шулы циклдарды тоқтатады. Қазіргі кезде көптеген цехтар машиналарына тікелей ұсақ үдеуөлшеушілер орнатады, сондықтан олар гармоникалық тербелістерді нақты уақытта бақылап, проблемалар толық басталмас бұрын жылдамдықтарды реттей алады.

Алюминий мен аэроғарыш қорытпалары үшін шаңғысыз айналу жиілігін таңдау үшін тұрақтылық лобалық диаграммаларын қолдану

Тұрақтылық лобалық диаграммалары (қысқаша SLD) негізінен айналу жиілігінің осьтік кесу тереңдігімен қалай өзара әрекеттесетінін және тербеліс шектері тым көп болған кезде не болатынын көрсетеді. Бұл диаграммаларды қарағанда операторлар RPM диапазонының жоғарғы аймағында олар тірсекпен кесуді тереңдетуге мүмкіндік беретін, сондай-ақ тірсектен құтылуға мүмкіндік беретін «тәтті нүктелерді» анықтай алады. Мысалы, Ti-6Al-4V материалды қарастырайық. SLD-тар 18 000–22 000 RPM арасында жұмыс істеу кезінде қалыпты жиіліктерге қарағанда осьтік кесу тереңдігін шамамен 35 пайызға арттыруға мүмкіндік беретінін көрсетеді. Бұл өндірушілердің беттік өңдеуді 0,8 микроннан төмен ұстай отырып, металлды 15 пайызға тезірек кесіп алуына мүмкіндік береді. Көптеген цехтар модельдерінің дәлдігін тексеру үшін сынақ бұйымдарында FFT талдауын жүргізеді, бұл өңдеу кезінде қажетсіз тірсек жиіліктері шынымен басылып тасталғанын растауға көмектеседі.

Вибрацияның тежелуі үшін осьтің конструкциясы, жағдайын бақылау және динамикалық тепе-теңдікке келтіру

5 мкм-нан кем орталықтан тепе-теңдік ауытқуын қамтамасыз ету: дәлдікпен тепе-теңдікке келтіру, роликті тірекке алдын ала керілуін оптимизациялау және нақты уақытта вибрацияны бақылау

Дәлдік фрезерлеу операциялары кезінде жоғары жылдамдықтың айналу осіндегі тербелістерді бақылау үшін сақиналық ауытқу (runout) мәнін 5 микроннан төмен ұстау өте маңызды. Динамикалық теңестіру әдістері массаның таралуын дәл реттеу арқылы осы қиындық туғызатын центрифугалды күштерді азайтады; қазіргі заманғы лазерлік жүйелер қалдық тепе-теңдіксіздікті 0,1 грамм·миллиметрден төмен деңгейге дейін түсіре алады. Рулонды бұрандалар (подшипниктер) жағдайында да дұрыс алдын ала жүктеме таңдау өте маңызды. Дұрыс алдын ала жүктеме ішкі саңылауларды жойып, бірақ артық үйкеліс пайда болмайтындай етеді. Зерттеулер бұл тепе-теңдікті дәл реттеудің рулонды бұрандалар дұрыс жүктелмеген жағдайларға қарағанда тербеліс амплитудасын 40–60 пайызға дейін азайтатынын көрсетеді. Ішкі үскорытқыштары бар нақты уақытта тербелісті бақылайтын цехтар үшін бұл жүйелер 20 килогерцке дейінгі жиіліктердегі ақауларды анықтайды, сондықтан операторлар заттар шығыс бағытында резонансқа түспес бұрын ескерту белгілерін алады. Нақты мысал ретінде алюминийді өңдеу процестерін қарастырсақ, спектрлік талдау тепе-теңдіксіздік үлгілерін анықтауға көмектеседі, сондықтан станоктар жоғары айналу жиілігінде де тұрақтылықты сақтау үшін автоматты түрде жылдамдықтарын реттей алады. Барлық бұл факторлардың қосындысы рулонды бұрандалардың қызмет көрсету мерзімін стандартты әдістерге қарағанда шамамен 30 пайызға ұзартады және өндіріс циклы бойынша тербеліс (чATTER) құбылысын болдырмауға мүмкіндік береді.

Ішкі тепе-теңсіздік көздерін анықтау — жастықтың тозуы, ротордың симметриясының бұзылуы және жылулық осьтің ығысуы

Машиналар тұрақты тербеліс бастаған кезде, әдетте ішінде үш себеп болады: тозылған роликті тірек, тепе-теңдігі бұзылған ротор немесе жылу әсерінен орын ауыстырған бөлшектер. Тозып бара жатқан тіректер әдетте белгілі гармоникалық нүктелерде, әсіресе біз барлығымыз білетін шарлардың өту жиіліктерінде жоғары тербеліс туғызады. Ал бетінде шұңқырлану зақымдануы пайда болған кезде дыбыс белгілі түрде күшейеді, кейде шамамен 15–20 децибелге дейін көтерілуі мүмкін. Роторға байланысты ақауларда машина өзінің айналу жылдамдығымен синхрон тербеледі, бұны техникалық қызмет көрсету қызметкерлері фазалық талдау әдістерін қолдана отырып анықтай алады. Жылулық осьтің дұрыс орналаспауы әдетте ұзақ уақыт жұмыс істегеннен кейін пайда болады, себебі әртүрлі бөлшектер әртүрлі жылдамдықпен кеңейеді. Біз аэроғарыш сапасындағы материалдарда температураның 15 °C-тан аса айырмашылығы компоненттерді шамамен 8–12 микрометрге осьтен шығарып тастаған жағдайларды бақылағанбыз. Тербеліс спектрін талдау қандай проблемаға тап болып отырғанымызды анықтауға көмектеседі. Тіректердегі ақаулар әдетте жиілік спектрінде боковық жолақтар (sidebands) түрінде көрінеді, роторға байланысты ақаулар негізгі айналу жылдамдығы (RPM) жиілігінде айқын белгілер қалдырады, ал жылулық ақаулар уақыт өте келе амплитудасында біртіндеп өседі. Бұл үлгілерді ерте анықтау механиктерге жағдай толық нашарланғанға дейін шаралар қолдануға мүмкіндік береді. Тіректерді уақытында ауыстыру немесе салқындату жүйелерін реттеу — ірі апаттарды болдырмау мен алюминийден жасалған соңғы фрезалардың үзіліссіз және тегіс жұмыс істеуі үшін өте маңызды.

Қаттылықты арттыру және тербеліс туғызатын шуға әсер ететін резонансты бұзу үшін құралдардың стратегиялары

Жүйенің қаттылығын максималдандыру: құралдың оптималды шығыны, саптау диаметрі және гидравликалық/механикалық құрал ұстағышын таңдау

Тербеліссіз өңдеуді қамтамасыз ету үшін барлық жүйені мүмкіндігінше қатты ету мен дұрыс құрал орнатуын қамтамасыз ету керек. Құралдардың шығып тұрған бөлігін азайтыңыз, сонда олардың ұзындығының диаметрге қатынасы шамамен 3:1 қатынасынан аспауы керек. Бұл уақыт өте келе күшейетін қолайсыз тербелістерді азайтады. Шанктің өлшемін шамамен 20% арттырған кезде көптеген цехтар негізгі инженерлік принциптерге сәйкес қаттылықтарының әлдеқайда артқанын байқайды. Құрал ұстағыштары да маңызды. Гидравликалық ұстағыштар механикалық түрлерге қарағанда тербелістерді жақсы жұтады, себебі олар қысымды құрал бойынша біркелкі таратады, сондықтан дәлдікті бұзатын кішкентай қозғалыстар тоқтатылады. Барлық бұл қаттылық жақсартулары жоғары жылдамдықта айналған шпиндельдерді пайдаланған кезде үлкен айырмашылық жасайды, себебі олар энергияның кесу аймағына шағылысуын, яғни проблемалар туғызатын жерге қайтарылуын болдырмауға көмектеседі.

Резонанстың сіңіруіне арналған құрал геометриясы: айнымалы қадамды фрезалар және интегралды сіңіру

Айнымалы бұрышты фрезалар алдыңғы жағындағы ойықтарды құралдың айналасында тең емес, алайда тең емес аралықпен орналастыру арқылы дірілге қарсы күреседі. Бұл ретсіз үлгі алюминий мен аэроғарыш қорытпаларын өңдеген кезде пайда болатын қажетсіз резонанстарды тоқтатады. Геометрия негізінде стружка материалға соғылатын орнын ығысады, сондықтан ол тұрақсыздық лобусы диаграммаларында (станокшылар қауіпті емес кесу параметрлерін анықтау үшін қараған кестелер) көрсетілген тұрақсыз жиіліктермен сәйкес келмейді. Кейбір өндірушілер қазір өз кесу құралдарының ішіне арнайы сіңірілген демпфирлеу жүйелерін ендірді. Оларға дірілдерді пайда болған кезде сіңіретін кішкентай салмақтар да кіреді. Микроскопиялық деңгейде өңделген беттермен бірге қолданған кезде, соңғы зерттеу жұмыстары бұл комбинацияның өте тиімді екендігін көрсетеді. Сынақтар стандартты құралдарға қарағанда дірілге төзімділікті шамамен 40 пайызға жақсартатынын көрсетеді. Ең жақсысы? Ол кесу жетегінің негізгі пішінін бұзбай-ақ екі түрлі діріл проблемасына да қол жеткізеді.

Дәлдікпен жасалатын басқарылатын фрезерлеуде өзіндік тербелістердің пайда болуын болдырмау үшін кесу параметрлерін оптимизациялау

Жоғары жылдамдықтағы соңғы фрезерлеу кезінде осы қиыншылық туғызатын өзіндік қозғалыс тербелістерін тоқтату үшін біз параметрлерді үш негізгі аймақ бойынша дәл таңдауымыз керек. Алдымен кесу жылдамдығын (Vc) қарастырайық. Көптеген адамдар алюминий үшін шамамен 100 метр минутына жылдамдықпен жұмыс істеу инженерлер «резонанстық аймақтар» деп атайтын аймаққа түсуіне әкелетінін біледі. Жақсы нәтижелер әдетте жалпы жүйе тербеліссіз, салыстырмалы түрде тегіс жұмыс істейтін шамамен 120–180 м/мин аралығындағы жылдамдықтарда алынады. Келесі — әрбір тіске келетін подача (fz). Бұл параметр уақыт өте келе гармоникалық тербелістердің қалай құрылатынын анықтайды, сондықтан оны ұқыпты таңдау керек. Жақсы бастапқы нүкте — өндірушінің ұсынған мәнінің жартысы болып табылады; одан кейін оны біртіндеп арттырып, бірақ қандай да бір ерекше тербелістер пайда болмас үшін бақылауда ұстау керек. Соңғысы — кесу тереңдігі (Ap), ол да маңызды рөл атқарады. Грубті кесулер үшін максимум 1 мм-ден аспайтын мәндерді қолданыңыз, ал жабдықтау үшін 0,05–0,1 мм аралығындағы өте аз тазалау жолағын қалдырыңыз. Неге? Себебі терең кесулер материалға көбірек күш түсіреді және ешкім көргісі келмейтін қатты шуыл белгілерін («чаторинг») тудырады. Егер бұл параметрлерді дұрыс таңдамасаңыз, құралдар шамамен 40% тезірек тозады, ал беттердің тегістігі шамамен үш есе нашарлайды! Сондықтан қазіргі кезде ақылды цехтар нақты уақытта бақылау жабдықтарына инвестициялайды. Осы жүйелер таңдалған параметрлердің практикада шынымен жұмыс істейтінін тексереді және қазіргі заманғы машиналардың жетуі мүмкін болатын осы қатты жоғары айналу жиілігінде осьтің тұрақты жұмысын қамтамасыз етеді.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

Айналу осінің тербелісіндегі гармоникалық резонанстық мәселелер дегеніміз не?

Гармоникалық резонанстық мәселелер кесу күштері машинасының табиғи жиіліктерімен сәйкес келгенде пайда болады, нәтижесінде айналу осінің артық тербелістері байқалады. Бұл мәселелер модалды талдау мен гармоникалық резонанстық карталау арқылы анықталып, болдырмауға болады.

Тұрақтылық лобусы диаграммалары өңдеуде қандай көмек көрсетеді?

Тұрақтылық лобусы диаграммалары айналу осінің айналу жиілігі мен осьтік кесу тереңдігі арасындағы өзара әрекеттестікті көрсетеді; олар операторларға шаттингті болдырмайтын, сондай-ақ терең кесулерді тиімді орындайтын оптималды айналу жиілігі (RPM) ауқымын табуға көмектеседі.

Динамикалық тепе-теңдік айналу осінің тербелісін басуға қандай рөл атқарады?

Динамикалық тепе-теңдік массаның таралуын оптималдау арқылы центрифугалды күштерді азайтады, ол айналу осінің дәл жұмыс істеуін қамтамасыз етеді және тербелістерді азайтады.

Қандай құралдар стратегиялары қаттылықты арттырады және шаттингке байланысты резонансты болдырмайды?

Құралдың шығып тұрған бөлігі мен шаңқы диаметрінің оптималды болуы, сонымен қатар гидравликалық құрал ұстағыштары жүйенің қаттылығын арттырады, тербелістерді бұзады және өңдеу дәлдігін жақсартады.