Мастерство анализа вибраций: данные-ориентированная стратегия устранения резательной дрожи

Вибрация — побочный продукт вращающихся инструментов, распространённых во фрезеровании. Но чрезмерная вибрация ведёт к дрожи, которая вызывает износ инструментов и станков — и что хуже, может привести к деталям плохого качества и чрезмерным цикловым временам. Вот обзор элементов, вовлечённых в анализ вибраций для устранения дрожи.

Если вы работаете в производстве, вы знаете о вибрации — главным образом, что чрезмерная вибрация не хороша для фрезерных станков на цехе или производимых деталей. Фактически, станочники тратят много времени, пытаясь устранить дрожь, вызванную вибрацией.

«Дрожь может вызывать быстрый износ инструментов и плохое качество поверхности заготовок при высокой скорости резания, и это произойдёт на разных процессных параметрах», — отмечает исследование, опубликованное в The International Journal of Advanced Manufacturing Technology.

Обычно станочники обращаются к тактикам проб и ошибок, тратя от половины до целой рабочей смены на определение идеальной настройки для работы на ЦНЦ-фрезерном станке.

Для достижения оптимальной настройки и устранения дрожи — того всё громче визга, указывающего на неровный разрез — станочники могут снижать скорость, регулировать подачи, пробовать варьирующие осевые и радиальные глубины резания, и даже заменять инструменты.

Зачем? Чтобы определить, как производить деталь на оптимальном операционном уровне, потому что это не только продлевает ресурс инструмента, в конечном счёте позволяет бизнесу производить больше качественных деталей быстрее.

Когда настройка инструмента на ЦНЦ-станке работает в стабильном режиме, это похоже на прогон горячего ножа через масло: быстро, тихо и чисто.

В ограниченных случаях прямо сейчас, команды обработки пытаются измерять и анализировать частоту вибрации между заготовкой и режущим инструментом, и отслеживать данные через настройки и станки. Экономия времени может быть значительной, но в отличие от использования анализа вибраций для планирования предупредительного и предиктивного обслуживания промышленных машин, это довольно необычно в обработке и, наиболее конкретно, во фрезеровании.

Смотрите это видео, чтобы узнать, как MSC MillMax убирает догадки из оптимизации ваших фрезерных применений:

Что такое анализ вибраций, и почему это важно на цехе?

Чётко, что устранение вибрации может вести к более эффективным и эффективным фрезерным операциям. Это значит, что станочники бизнеса могут производить больше хороших деталей, снижать уровень брака и повышать рентабельность.

Именно здесь приходит на помощь анализ вибраций. Анализ вибраций — это по сути сбор информации о вибрации, который может позволить идентификацию оптимальных, стабильных скоростей и подач при обработке деталей.

«Анализ вибраций может быть нашими ушами для расшифровки языка машин, и может помочь нам определить, где сфокусировать ресурсы», — согласно статье на Manufacturing.net.

Это скорее похоже на измерение здоровья вашей фрезерной сборки, которая является уникальным ответом станочного шпинделя, держателя инструмента и фрезы. Чем больше вибрация и дрожь, тем больнее ваша фрезерная сборка и тем более острая потребность в корректировке скорости и подачи для совершенствования ваших деталей и защиты вашей настройки от отказа.

Есть несколько способов, которыми вибрация может повысить затраты для бизнеса. Во-первых, есть потенциал отказа шпинделя. Ремонт шпинделей может стоить от нескольких сотен до нескольких тысяч долларов, а замена — в десятки тысяч. Во многих случаях это может побледнеть в сравнении со стоимостью станка, не производящего детали. Плюс, в конечном счёте станки, работающие ниже пары, изнашиваются быстрее, чем те, что работают без дрожи.

«Мониторинг состояния режущих инструментов в любой обработке очень важен для избежания неожиданных проблем обработки и улучшения точности обработки», — отмечает исследование в International Journal of Production Research.

Подумайте об этом как о перегруженной стиральной машине: если ваша стиральная машина работает вывернутою постоянно, её детали начнут изнашиваться и машина сломается быстрее, чем иначе могло бы. Корректировка загрузки стирки для достижения стабильности увеличит возможность оптимальной скорости для завершения цикла, плюс позволит машине служить намного дольше.

Как оптимизировать настройки станка для минимизации дрожи? Нажмите здесь, чтобы узнать больше о MSC MillMax.

Четыре принципа анализа вибраций

По сути, вибрация (данные, собранные с помощью датчиков и акселерометров) конвертируется в электрический заряд и измеряется как сигнал. Анализ вибраций сравнивает и предоставляет инсайты на основе измерений частоты вибрации, смещения, скорости и ускорения.

Затем четыре принципа позволяют представлять и сравнивать сигнальные данные, собранные из вашей обработки. Эти четыре принципа — временная область, частотная область, совместная область и модальный анализ.

«Каждая область предоставляет специфическую информацию о рабочих условиях и особенностей вибрирующей части», — объясняет ScienceDirect.

Что такое временная область?

Сигнал движется как волна. Временная область — это просто то, как эта волна меняется со временем — её амплитуда.

«Пока большинство проблем с вибрацией машин обнаруживаются с помощью спектрального анализа, некоторые типы легче увидеть в форме волны», — объясняет статья в журнале Reliable Plant.

Но может быть трудно использовать информацию временной области для идентификации, где случаются амплитуды, и так изолировать и калибровать ваш станок адекватно.

​Узнайте больше о MSC MillMax.

Что такое частотная область?

В противоположность временной области, частотная смотрит специфически на волны в заданных точках — и как амплитуда волны меняется в этих отдельных точках или частотах.

«Когда амплитуды смещения, скорости и ускорения выражены в частотной области — то есть амплитуда против частоты — аномалии, в форме высоких амплитуд на определённых частотах, становятся видимыми», — объясняет инженер Даниэлль Коллинз в статье для Motion Control Tips. «И потому что многие вибрационные проблемы происходят на специфических частотах, причина и локация вибрации могут быть сужены или идентифицированы на основе вариаций амплитуды на определённых частотах».

Что такое совместная область?

Совместная область — это именно то, как это звучит: она объединяет временную и частотную области для адресации факта, что анализ вибраций включает изучение нестационарных предметов.

Что такое модальный анализ?

Модальный анализ определяет естественные частоты вибрации на основе структурных материалов настройки, станка и заготовки. Он создаёт базовую линию, против которой анализ вибраций может указать, когда и до какой степени настройка инструмента и станок находятся вне желаемой калибровки для конкретной работы.

В конечном счёте, цель этих анализов — идентифицировать стабильную скорость для конкретного проекта, использующего конкретную настройку на конкретном станке.

Ваши держатели инструментов провоцируют дрожь на ваших высокопроизводительных станках? Прочитайте нашу статью о выборе правильных держателей инструментов, чтобы узнать.

Как ваши станочники управляют дрожью? Какие подходы вы нашли наиболее успешными? Делитесь мыслями в комментариях ниже.