振動(dòng)分析是檢測加工中心性能的一個(gè)非常重要的方面，但也是目前缺失的一個(gè)方面。如果這種分析沒(méi)有在高速機床上進(jìn)行過(guò)，機床制造商可能不知道機床能做什么。
在銑削過(guò)程中，有經(jīng)驗的機械師和NC編程員會(huì )因為刀具不好而發(fā)出刺耳難聽(tīng)的聲音。這是因為他們選擇的切削參數不理想。面對這種情況，他們會(huì )減少一些參數。也就是說(shuō)，他們會(huì )降低一些工藝參數。
他們降低的一些特定參數可能是切削深度、速度和進(jìn)給率的組合參數，甚至是刀具的懸臂長(cháng)度。無(wú)論什么參數，“降低”都是獲得更好加工性能的靈活策略。經(jīng)驗豐富的加工人員非常熟練地調整這些參數，他們可以將這些參數降低到必要的水平，使其達到可接受的切削水平。在大多數加工車(chē)間中，這種降低加工參數的方法被認為是操作人員的正確反應——這種妥協(xié)方案。
然而，這種降低加工參數的方法在高速加工中并不是正確的對策。事實(shí)上，人們甚至發(fā)現這種做法與高速加工的本質(zhì)背道而馳。
（高速機床）
參數本身非常重要，例如切削深度、主軸速度和刀具長(cháng)度都會(huì )影響加工性能。然而，當一臺高速加工機床發(fā)出的振動(dòng)聲反映機床加工性能差時(shí)，“降低”參數可能會(huì )適得其反。許多使用高速加工中心的車(chē)間浪費了他們的實(shí)際生產(chǎn)能力，最終無(wú)法實(shí)現他們的生產(chǎn)目標。
在高速加工應用領(lǐng)域，為了實(shí)現更穩定的切削加工，許多制造商可能仍然需要使用參數“降低”，但有一種更有效的方法，即使用參數“提高”。如果同時(shí)涉及到兩個(gè)參數:主軸速度和刀具長(cháng)度，那么更好的應對振動(dòng)的答案將是增加其中一個(gè)參數。雖然這看起來(lái)有點(diǎn)奇怪，但實(shí)踐經(jīng)驗表明，更高的主軸速度和更低的剛性刀具，或者只占其中一個(gè)，都可以允許機床處理更具侵略性的切削深度，因為這些變化使得系統的振動(dòng)傾向更加和諧。
軍事工業(yè)中的銑削加工
這個(gè)可以快速反應的車(chē)間是空軍第402維修大隊第573產(chǎn)品維修中隊的一個(gè)分支。加工車(chē)間的任務(wù)包括戰斗機和運輸機更換備件的加工。世界各地飛往該基地的所有飛機的更換件都由其負責加工。這里的維護非常頻繁，因為這些飛機需要快速返回運行狀態(tài)，所以車(chē)間往往需要根據有限的交貨時(shí)間要求，小批量生產(chǎn)一些復雜而關(guān)鍵的零件。
程序員DavidDevore先生和MikeEstes先生說(shuō)，當這個(gè)加工車(chē)間開(kāi)始使用高速加工中心時(shí)，他們對此一無(wú)所知，因此當時(shí)機床的使用效率很低。刀具經(jīng)常被折斷，包括3/4in(1in=25.4)mm）端面銑刀。根據這個(gè)車(chē)間的反應，只能減緩一些加工工程的切削速度。
在購買(mǎi)了WarnerRobins公司的加工車(chē)間后，WarnerRobins公司開(kāi)始調查銑削加工的共振頻率。
然而，當車(chē)間從Makino公司引進(jìn)和安裝最高3000r/min的MAG3型高速加工中心時(shí)，他們對機床進(jìn)行了“敲擊試驗”。換句話(huà)說(shuō)，車(chē)間使用一把靈敏的錘子，像打鐘一樣擊打安裝在主軸上的刀具，以測試機床的振動(dòng)特性。
對于特定組合的加工中心、刀柄和銑刀，這種分析方法的目的是找出調試后特定機床使用的每個(gè)刀具或刀柄的穩定切割速度，通過(guò)“敲擊試驗”可以找到使金屬切割速度達到最高的主軸轉速和切割深度。在Robins公司，這些穩定的參數一旦被發(fā)現，就會(huì )被用在新的機床上，從而提高了車(chē)間零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和使用壽命，所有指標都超過(guò)了其高速銑削加工所達到的水平。因為差距如此之大，所以這個(gè)車(chē)間決定在現有的高速機床上進(jìn)行同樣的分析測試。在這些機床上，車(chē)間發(fā)現，當它以相當高的速度運行并超過(guò)車(chē)間以前一直運行的速度時(shí)，許多刀具的工作更加穩定、有效和安全。啟動(dòng)后，使其速度與這些最佳參數一致，車(chē)間立即開(kāi)始更安靜地工作，增加了切削量，提高了零件的加工質(zhì)量，刀具沒(méi)有斷裂。
WarnerRobinsAirForceBase空軍基地為貨運飛機和戰斗機提供服務(wù)。
該機械加工車(chē)間支持執行這一使命。
現在，研討會(huì )開(kāi)始使用從振動(dòng)分析中獲得的參數來(lái)運行高速機床。當超過(guò)一定速度時(shí)，研討會(huì )意識到這種分析實(shí)際上對于實(shí)現機床的全面效益至關(guān)重要。
原因與共振頻率有關(guān)。機床、刀柄和刀具的每個(gè)特殊組合都有特定的穩定速度值，這使得機床可以達到最大的切削深度和金屬切削量。然后有更多的解釋?zhuān)乾F在足以解釋問(wèn)題，但是不能推斷這些來(lái)自經(jīng)驗的速度值。對于Robins來(lái)說(shuō)，沒(méi)有切實(shí)可行的方法，因為車(chē)間經(jīng)常使用大量的刀具，所以通過(guò)試切削找到穩定的參數。因此，車(chē)間與一家外部合作單位簽訂了合同，可以幫助車(chē)間快速測量所有機床的振動(dòng)，并根據車(chē)間的速度確定每天的速度。
刀具儀表板
程序員說(shuō)，目前的切削性能基本相同。特別是車(chē)間的環(huán)境發(fā)生了很大的變化，車(chē)間內的加工環(huán)境因為振動(dòng)減少而非常安靜。此外，機床具有更高的生產(chǎn)效率，因為高速機床可以以更高的速度進(jìn)行深度強力切削，而且不會(huì )出現刀具斷裂的情況。此外，還可以提供關(guān)于最佳加工參數的信息，因此程序員自身的生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。現在提供給他們的資源之一是“刀具儀表板”，可以讓這些程序員準確預測為特定的銑削任務(wù)。
從這里可以看出，技術(shù)人員正在向飛機的機翼安裝新加工的零件。現在，當選擇其中一個(gè)高速加工中心使用的刀具和手柄時(shí)，他們可以根據自己的情況選擇自己的最佳參數。事實(shí)上，根據振動(dòng)分析獲得的參數將自動(dòng)輸入Catia。當這些切削條件需要調整設置時(shí)，如果切削深度可能不符合切削要求，可以通過(guò)刀具儀表板控制相關(guān)參數，找出另一組有效的切削條件，從而消除產(chǎn)生振動(dòng)的源頭。即使是進(jìn)給速度，也可以通過(guò)這種方式調整軸。
對于刀具儀表板的“轉速”表，綠色區域代表了這種特定刀具的穩定切割區域。
這種刀具儀表板可以使編程人員輕松控制速度、切削深度和切削負荷，并且可以根據機床的動(dòng)態(tài)變化來(lái)預測這些變化的影響。
WarnerRobins與BlueSwarf公司簽訂了關(guān)于“敲擊試驗分析”的合同，并提供了包括刀具儀表板在內的合同。
BlueSwarf公司是一家專(zhuān)業(yè)從事機床振動(dòng)分析試驗的企業(yè)。該公司向一些加工車(chē)間銷(xiāo)售“Metalmax“分析儀用于車(chē)間內部分析，但公司也在現場(chǎng)對分析工作承包給外包單位的加工車(chē)間進(jìn)行分析和測量。實(shí)際測試只是簡(jiǎn)單地敲擊在加工中心運行的刀具，也就是說(shuō)，用靈敏的錘子敲擊刀具，然后通過(guò)刀尖上的傳感器捕捉反饋信息。整個(gè)分析測試可能需要幾個(gè)小時(shí)或幾天，因為不同組合的刀具和刀柄需要單獨測試。有些刀具的細節，比如圓角半徑，和測試結果沒(méi)有關(guān)系，所以不是每個(gè)刀具的每個(gè)實(shí)際數據都必須用r來(lái)管理。～設置50個(gè)刀具值。
特定的速度
那么，為什么加工中心需要這樣做呢？為什么加工中心可以以特定的速度或使用特定長(cháng)度的刀具來(lái)更好地工作？這個(gè)答案與一個(gè)事實(shí)有關(guān):每個(gè)機械系統都有幾組固有的自然振動(dòng)頻率，加工中心、刀柄和刀具系統也不例外。該系統具有這些自然頻率，在切割時(shí)會(huì )根據這些頻率振動(dòng)一定程度。同時(shí)，微波效應會(huì )出現在加工表面。這些波動(dòng)可能會(huì )對加工刀具產(chǎn)生輕微影響。此外，這也可能影響反饋機構，造成切割損壞。
這個(gè)穩定圖表顯示，在整個(gè)速度范圍內，可以在特定狹窄的主軸轉速帶范圍內增加切割深度。敲擊試驗的目的是找到這些穩定的速度。機床在切割過(guò)程中遇到過(guò)這種表面波動(dòng)。這種波動(dòng)會(huì )導致切割深度的變化，結果刀具上的負荷也會(huì )波動(dòng)。這種波動(dòng)往往微不足道，所以機床的反應也很小。但在強力切割過(guò)程中，振動(dòng)程度會(huì )變得更加明顯，實(shí)際上，振動(dòng)本身也會(huì )產(chǎn)生驅動(dòng)力。刀具的偏轉會(huì )導致更大的振動(dòng)，這將使其更長(cháng)時(shí)間。這就是所謂的振動(dòng)。
在主軸轉速超過(guò)10000r/min的地方，設置了不同的可能性。當速度較高時(shí)，刀片與工件接觸時(shí)的所有切削速度都可能與系統的自然頻率相協(xié)調。
當這種情況發(fā)生時(shí)，機床仍然在振動(dòng)，但刀尖基本上隨著(zhù)波紋移動(dòng)。這時(shí)，切削負荷一致均衡，切削非常順暢。對于很多車(chē)間來(lái)說(shuō)，這個(gè)結果是一個(gè)非常奇怪的現象。一些比速高的主軸速度可以使其在相對較高或較低的速度下達到更高的切削深度。
這個(gè)問(wèn)題可以解釋。從這里我們可以看到，在整個(gè)主軸轉速范圍內，峰值表明這種特定的機床和刀具設置可以達到更高的生產(chǎn)切削效率。帶有交叉陰影線(xiàn)的區域表示顫抖的地方。因此，當轉速為17792r/min時(shí)，有可能進(jìn)行特大切削深度的穩定切削。如果機床的運行速度略高于或略低于這個(gè)值，即使沒(méi)有達到同等水平的強銑削。事實(shí)上，任何不知道這種神奇速度的加工車(chē)間都不會(huì )知道它的加工中心能做什么。
在上面的照片中，計算機顯示了兩個(gè)刀具的測試情況，這個(gè)測試最初是在Robins的車(chē)間進(jìn)行的。經(jīng)過(guò)幾分鐘的測試，我們可以看到兩個(gè)刀具的不同性能。紅色峰值表示使用短刀具可能達到的切削深度，而其背后的藍色峰值表示使用長(cháng)刀具可以達到更大的切削深度。事實(shí)上，加工車(chē)間可能不知道他們的刀具能做什么。
刀具的神奇特性
刀具性能的差異揭示了高速加工中更潛在的驚人事實(shí)。當BlueSwarf公司對WarnerRobins公司最古老的高速加工中心進(jìn)行敲擊測試時(shí)，它發(fā)現了中等現象。一般來(lái)說(shuō)，較短的刀具可以更穩定地銑削，但并非總是如此。在這種特定的機床上，當使用兩個(gè)較長(cháng)的刀具時(shí)，發(fā)現該系統實(shí)際上可以更穩定地工作，并且可以達到更大的切削深度，其刀具的調試設置如所示。在這種特定的機床中，刀具的靈活性越高。
這個(gè)車(chē)間已經(jīng)用了很多年了，工作性能很好。當然，相關(guān)信息提供了很大的幫助。多年來(lái)，這臺機床的工作表現一直很好。沒(méi)有這些有價(jià)值的信息，機床的運行是不可能事半功倍的，或者說(shuō)機床運行中的潛在產(chǎn)量和質(zhì)量都會(huì )下降。
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