Дрожь при обработке на станках с ЧПУ - Обзор
Болтовня(振刀 по-китайски, буквально «вибрирующий инструмент») — одно из наиболее распространенных и разрушительных явлений динамической нестабильности в операциях обработки на станках с ЧПУ. Это относится ксамовозбуждающиеся-колебаниякоторые возникают между режущим инструментом и заготовкой во время удаления материала, создавая видимые следы вибрации на обработанной поверхности, ускоряя износ инструмента и, в тяжелых случаях, катастрофическую поломку инструмента или повреждение машины.
Виды болтовни
表格
| Тип | Механизм | Типичная частота |
|---|---|---|
| Регенеративная болтовня | Фазовая задержка между последовательными резами на одной и той же поверхности | От низкого до среднего (сотни Гц) |
| Режим-Совместная болтовня | Взаимодействие двух или более режимов вибрации | Середина |
| Принудительная вибрация | Внешнее возбуждение (несбалансированный шпиндель, неисправные подшипники) | Соответствует источнику возбуждения |
| Трение трения | Залипание-скользящее поведение на интерфейсе инструмента-чипа | Низкий |
Среди нихрегенеративная болтовня — наиболее распространенный и-хорошо изученный механизм при фрезеровании, токарной обработке и сверлении.
Коренные причины болтовни
1. Параметры резки
Чрезмерная скорость шпинделя или глубина резания.: Выводит систему за пределы ее устойчивости.
Неподходящая скорость подачи: Слишком низкая подача может увеличить трение и вибрацию.
Плохое распределение нагрузки на чип: Неравномерное зацепление при фрезеровании (особенно при прорезании пазов или поворотах)
2. Факторы инструментальной системы
Вылет инструмента (соотношение L/D): Более длинные инструменты имеют меньшую жесткость и собственную частоту.
Недостаточная жесткость инструмента: Слабые держатели инструмента, изношенные цанги или неправильный зажим.
Несбалансированная оснастка: Асимметричная геометрия инструмента или неравномерная посадка пластины
Изношенные или поврежденные режущие кромки: Неравномерные силы резания вызывают вибрацию.
3. Заготовка и настройка
Плохой зажим заготовки.: Недостаточная жесткость крепления допускает перемещение заготовки
Тонкостенные-заготовки или тонкие детали: Низкая структурная жесткость и демпфирование.
Свойства материала: Твердые, липкие или-твердеющие материалы (например, титан, нержавеющая сталь, инконель) более склонны к вибрации.
4. Состояние станка
Изношенные подшипники шпинделя: Снижение жесткости подшипника и увеличение биения.
Ослабленные или поврежденные компоненты машины: Направляющие, шариковые винты или муфты с чрезмерным люфтом.
Недостаточное демпфирование машины: Легким высокоскоростным машинам-может не хватать достаточного структурного демпфирования.
5. Динамика процесса
Регенеративный эффект: Волнистая поверхность, оставленная предыдущим проходом зуба, модулирует толщину стружки в текущем проходе, создавая петлю обратной связи.
Демпфирование процесса: При низких скоростях резания боковая поверхность инструмента трётся о заготовку, обеспечивая стабилизирующее демпфирование; этот эффект уменьшается на более высоких скоростях
Последствия болтовни
表格
| Аспект | Влияние |
|---|---|
| Качество поверхности | Плохое качество поверхности, волнистость и неточность размеров. |
| Срок службы инструмента | Преждевременное выкрашивание, перелом или быстрый износ задней поверхности |
| Здоровье машины | Повреждение подшипников шпинделя, направляющих и конструктивных элементов. |
| Производительность | Снижение скорости съема материала и увеличение времени цикла |
| Безопасность | Риск выброса инструмента или смещения заготовки. |
Методы устранения или подавления болтовни
Оптимизация параметров
Выбор скорости шпинделя: Использоватьдиаграммы лепестков устойчивости (SLD)для определения зон стабильной скорости (лепестков), которые позволяют избежать регенеративной вибрации
Уменьшите глубину или ширину реза.: Работать ниже критического предела стабильности.
Увеличение подачи на зуб: Более высокие нагрузки на стружку могут улучшить демпфирование процесса.
Инструментальные решения
Уменьшить вылет инструмента: Используйте максимально короткую комбинацию инструмента и держателя.
Используйте держатели инструментов повышенной-жесткости.: Гидравлические патроны, термопатроны-держатели или фрезерные патроны вместо цанговых патронов.
Применяйте концевые фрезы с переменным-шагом или переменным-спиральным профилем.: Нарушьте состояние регенеративной фазы из-за неравномерного расстояния между зубами.
Обеспечьте правильную балансировку инструмента: динамическая балансировка для-высокоскоростных операций.
Заготовка и приспособление
Улучшить жесткость зажима: Используйте дополнительные опоры, задние бабки или демпфирующие приспособления.
Оптимизация ориентации заготовки: Расположите самое жесткое направление против сил резания.
Улучшения машин и процессов
Активные системы демпфирования: Пьезоэлектрические или магнитореологические демпферы.
Обнаружение и подавление болтовни-в режиме реального времени: Датчики акустической эмиссии или силы с адаптивным регулированием скорости шпинделя.
Стратегии трохоидального или высокоэффективного-фрезерования: Поддерживайте постоянное зацепление инструмента, чтобы избежать резких изменений нагрузки.
