欢迎进入上海嘉台数控机床有限公司官方网站!
上海嘉台数控机床有限公司
021-69138435
新闻资讯
您当前所在的位置:
上海嘉台数控机床有限公司​
shanghai jiatai CNC machine tools Co., Ltd.
高速机床振动分析准确调节参数
来源:嘉台数控机床 | 作者:jiataishukong | 发布时间: 2023-02-17 | 220 次浏览 | 分享到:
在铣削过程中,有经验的机械师和NC编程员会因为刀具不好而发出刺耳难听的声音。这是因为他们选择的切削参数不理想。面对这种情况,他们会减少一些参数。也就是说,他们会降低一些工艺参数。

振动分析是检测加工中心性能的一个非常重要的方面,但也是目前缺失的一个方面。如果这种分析没有在高速机床上进行过,机床制造商可能不知道机床能做什么。


在铣削过程中,有经验的机械师和NC编程员会因为刀具不好而发出刺耳难听的声音。这是因为他们选择的切削参数不理想。面对这种情况,他们会减少一些参数。也就是说,他们会降低一些工艺参数。


他们降低的一些特定参数可能是切削深度、速度和进给率的组合参数,甚至是刀具的悬臂长度。无论什么参数,“降低”都是获得更好加工性能的灵活策略。经验丰富的加工人员非常熟练地调整这些参数,他们可以将这些参数降低到必要的水平,使其达到可接受的切削水平。在大多数加工车间中,这种降低加工参数的方法被认为是操作人员的正确反应——这种妥协方案。


然而,这种降低加工参数的方法在高速加工中并不是正确的对策。事实上,人们甚至发现这种做法与高速加工的本质背道而驰。

(高速机床)


参数本身非常重要,例如切削深度、主轴速度和刀具长度都会影响加工性能。然而,当一台高速加工机床发出的振动声反映机床加工性能差时,“降低”参数可能会适得其反。许多使用高速加工中心的车间浪费了他们的实际生产能力,最终无法实现他们的生产目标。


在高速加工应用领域,为了实现更稳定的切削加工,许多制造商可能仍然需要使用参数“降低”,但有一种更有效的方法,即使用参数“提高”。如果同时涉及到两个参数:主轴速度和刀具长度,那么更好的应对振动的答案将是增加其中一个参数。虽然这看起来有点奇怪,但实践经验表明,更高的主轴速度和更低的刚性刀具,或者只占其中一个,都可以允许机床处理更具侵略性的切削深度,因为这些变化使得系统的振动倾向更加和谐。


军事工业中的铣削加工


这个可以快速反应的车间是空军第402维修大队第573产品维修中队的一个分支。加工车间的任务包括战斗机和运输机更换备件的加工。世界各地飞往该基地的所有飞机的更换件都由其负责加工。这里的维护非常频繁,因为这些飞机需要快速返回运行状态,所以车间往往需要根据有限的交货时间要求,小批量生产一些复杂而关键的零件。


程序员DavidDevore先生和MikeEstes先生说,当这个加工车间开始使用高速加工中心时,他们对此一无所知,因此当时机床的使用效率很低。刀具经常被折断,包括3/4in(1in=25.4)mm)端面铣刀。根据这个车间的反应,只能减缓一些加工工程的切削速度。


在购买了WarnerRobins公司的加工车间后,WarnerRobins公司开始调查铣削加工的共振频率。


然而,当车间从Makino公司引进和安装最高3000r/min的MAG3型高速加工中心时,他们对机床进行了“敲击试验”。换句话说,车间使用一把灵敏的锤子,像打钟一样击打安装在主轴上的刀具,以测试机床的振动特性。


对于特定组合的加工中心、刀柄和铣刀,这种分析方法的目的是找出调试后特定机床使用的每个刀具或刀柄的稳定切割速度,通过“敲击试验”可以找到使金属切割速度达到最高的主轴转速和切割深度。在Robins公司,这些稳定的参数一旦被发现,就会被用在新的机床上,从而提高了车间零件的加工质量、生产率和使用寿命,所有指标都超过了其高速铣削加工所达到的水平。因为差距如此之大,所以这个车间决定在现有的高速机床上进行同样的分析测试。在这些机床上,车间发现,当它以相当高的速度运行并超过车间以前一直运行的速度时,许多刀具的工作更加稳定、有效和安全。启动后,使其速度与这些最佳参数一致,车间立即开始更安静地工作,增加了切削量,提高了零件的加工质量,刀具没有断裂。


WarnerRobinsAirForceBase空军基地为货运飞机和战斗机提供服务。


该机械加工车间支持执行这一使命。


现在,研讨会开始使用从振动分析中获得的参数来运行高速机床。当超过一定速度时,研讨会意识到这种分析实际上对于实现机床的全面效益至关重要。


原因与共振频率有关。机床、刀柄和刀具的每个特殊组合都有特定的稳定速度值,这使得机床可以达到最大的切削深度和金属切削量。然后有更多的解释,但是现在足以解释问题,但是不能推断这些来自经验的速度值。对于Robins来说,没有切实可行的方法,因为车间经常使用大量的刀具,所以通过试切削找到稳定的参数。因此,车间与一家外部合作单位签订了合同,可以帮助车间快速测量所有机床的振动,并根据车间的速度确定每天的速度。


刀具仪表板


程序员说,目前的切削性能基本相同。特别是车间的环境发生了很大的变化,车间内的加工环境因为振动减少而非常安静。此外,机床具有更高的生产效率,因为高速机床可以以更高的速度进行深度强力切削,而且不会出现刀具断裂的情况。此外,还可以提供关于最佳加工参数的信息,因此程序员自身的生产效率进一步提高。现在提供给他们的资源之一是“刀具仪表板”,可以让这些程序员准确预测为特定的铣削任务。


从这里可以看出,技术人员正在向飞机的机翼安装新加工的零件。现在,当选择其中一个高速加工中心使用的刀具和手柄时,他们可以根据自己的情况选择自己的最佳参数。事实上,根据振动分析获得的参数将自动输入Catia。当这些切削条件需要调整设置时,如果切削深度可能不符合切削要求,可以通过刀具仪表板控制相关参数,找出另一组有效的切削条件,从而消除产生振动的源头。即使是进给速度,也可以通过这种方式调整轴。


对于刀具仪表板的“转速”表,绿色区域代表了这种特定刀具的稳定切割区域。


这种刀具仪表板可以使编程人员轻松控制速度、切削深度和切削负荷,并且可以根据机床的动态变化来预测这些变化的影响。


WarnerRobins与BlueSwarf公司签订了关于“敲击试验分析”的合同,并提供了包括刀具仪表板在内的合同。


BlueSwarf公司是一家专业从事机床振动分析试验的企业。该公司向一些加工车间销售“Metalmax“分析仪用于车间内部分析,但公司也在现场对分析工作承包给外包单位的加工车间进行分析和测量。实际测试只是简单地敲击在加工中心运行的刀具,也就是说,用灵敏的锤子敲击刀具,然后通过刀尖上的传感器捕捉反馈信息。整个分析测试可能需要几个小时或几天,因为不同组合的刀具和刀柄需要单独测试。有些刀具的细节,比如圆角半径,和测试结果没有关系,所以不是每个刀具的每个实际数据都必须用r来管理。~设置50个刀具值。


特定的速度


那么,为什么加工中心需要这样做呢?为什么加工中心可以以特定的速度或使用特定长度的刀具来更好地工作?这个答案与一个事实有关:每个机械系统都有几组固有的自然振动频率,加工中心、刀柄和刀具系统也不例外。该系统具有这些自然频率,在切割时会根据这些频率振动一定程度。同时,微波效应会出现在加工表面。这些波动可能会对加工刀具产生轻微影响。此外,这也可能影响反馈机构,造成切割损坏。


这个稳定图表显示,在整个速度范围内,可以在特定狭窄的主轴转速带范围内增加切割深度。敲击试验的目的是找到这些稳定的速度。机床在切割过程中遇到过这种表面波动。这种波动会导致切割深度的变化,结果刀具上的负荷也会波动。这种波动往往微不足道,所以机床的反应也很小。但在强力切割过程中,振动程度会变得更加明显,实际上,振动本身也会产生驱动力。刀具的偏转会导致更大的振动,这将使其更长时间。这就是所谓的振动。


在主轴转速超过10000r/min的地方,设置了不同的可能性。当速度较高时,刀片与工件接触时的所有切削速度都可能与系统的自然频率相协调。


当这种情况发生时,机床仍然在振动,但刀尖基本上随着波纹移动。这时,切削负荷一致均衡,切削非常顺畅。对于很多车间来说,这个结果是一个非常奇怪的现象。一些比速高的主轴速度可以使其在相对较高或较低的速度下达到更高的切削深度。


这个问题可以解释。从这里我们可以看到,在整个主轴转速范围内,峰值表明这种特定的机床和刀具设置可以达到更高的生产切削效率。带有交叉阴影线的区域表示颤抖的地方。因此,当转速为17792r/min时,有可能进行特大切削深度的稳定切削。如果机床的运行速度略高于或略低于这个值,即使没有达到同等水平的强铣削。事实上,任何不知道这种神奇速度的加工车间都不会知道它的加工中心能做什么。


在上面的照片中,计算机显示了两个刀具的测试情况,这个测试最初是在Robins的车间进行的。经过几分钟的测试,我们可以看到两个刀具的不同性能。红色峰值表示使用短刀具可能达到的切削深度,而其背后的蓝色峰值表示使用长刀具可以达到更大的切削深度。事实上,加工车间可能不知道他们的刀具能做什么。


刀具的神奇特性


刀具性能的差异揭示了高速加工中更潜在的惊人事实。当BlueSwarf公司对WarnerRobins公司最古老的高速加工中心进行敲击测试时,它发现了中等现象。一般来说,较短的刀具可以更稳定地铣削,但并非总是如此。在这种特定的机床上,当使用两个较长的刀具时,发现该系统实际上可以更稳定地工作,并且可以达到更大的切削深度,其刀具的调试设置如所示。在这种特定的机床中,刀具的灵活性越高。


这个车间已经用了很多年了,工作性能很好。当然,相关信息提供了很大的帮助。多年来,这台机床的工作表现一直很好。没有这些有价值的信息,机床的运行是不可能事半功倍的,或者说机床运行中的潜在产量和质量都会下降。