¿Cuáles son las técnicas para prevenir y eliminar las vibraciones de las máquinas herramienta?
1 Rendimiento y características de la vibración de procesamiento mecánico
La vibración se divide en dos tipos: vibración forzada y vibración autoexcitada. El rendimiento y las características específicas son los siguientes.
1.1 Vibración forzada La vibración forzada es la vibración producida por un objeto sometido a una fuerza externa que cambia periódicamente. Por ejemplo, durante el proceso de rectificado, debido al desequilibrio del motor, la muela y la polea giratorias de alta velocidad, el grosor o la longitud de la correa trapezoidal es inconsistente, la bomba de aceite no funciona con suavidad, etc., Provoca vibración forzada de la máquina herramienta, lo que estimulará la interacción entre varias partes de la máquina herramienta. La amplitud de vibración relativa afecta la precisión del procesamiento de las piezas de trabajo de la máquina herramienta, como la rugosidad y la redondez. Para herramientas de corte o máquinas herramienta que realizan movimientos giratorios, la vibración también afectará la precisión de la rotación.
Las características de la vibración forzada son: ① La vibración forzada en sí no puede cambiar la fuerza de interferencia, y la fuerza de interferencia generalmente no tiene nada que ver con el proceso de corte (excepto la vibración forzada causada por el proceso de corte en sí). ). La fuerza perturbadora se elimina y la vibración se detiene. Por ejemplo, si se elimina la fuerza de interferencia generada por fuentes de vibración externas, la fuerza de interferencia que causa la vibración desaparecerá naturalmente. ②La frecuencia de la vibración forzada es la misma que la frecuencia de la fuerza de interferencia periódica externa, o un múltiplo entero de ella. ③Cuando la relación entre la frecuencia de la fuerza de interferencia y la frecuencia natural del sistema es o está cerca de 1, se produce una vibración extrema y la amplitud alcanza el valor máximo. En este momento, tiene el mayor impacto en el proceso de procesamiento de la máquina herramienta. ④La amplitud de la vibración forzada está relacionada con la fuerza de interferencia, la rigidez y la amortiguación del sistema. Cuanto mayor es la fuerza de interferencia, menor es la rigidez y la amortiguación, mayor es la amplitud y mayor es el impacto en el proceso de mecanizado de la máquina herramienta.
1.2 Vibración autoexcitada (chatter) La vibración no atenuante causada por la fuerza alterna generada por el propio sistema de vibración durante el proceso de vibración es vibración autoexcitada. Las vibraciones se producirán incluso sin fuerzas externas de interferencia periódica. Por ejemplo, la fricción causada por la muela contra la pieza de trabajo durante el proceso de rectificado provocará una vibración autoexcitada. La mala rigidez de la pieza de trabajo y del sistema de la máquina herramienta, o la selección inadecuada de las características de la muela abrasiva aumentarán la fricción e intensificarán la vibración autoexcitada. O las vibraciones causadas por una rigidez deficiente de la herramienta o ángulos geométricos incorrectos de la herramienta son todas vibraciones autoexcitadas.
Las características de la vibración autoexcitada son: ①La frecuencia de la vibración autoexcitada es o está cerca de la frecuencia natural del sistema. Según la frecuencia, se puede dividir en charla de alta frecuencia (generalmente la frecuencia es de 500 a 5000 Hz) y charla de baja frecuencia (generalmente la frecuencia es de 50 a 500 Hz). ② La posibilidad de generar vibraciones autoexcitadas y su amplitud depende de la comparación entre la energía obtenida por el sistema y la energía consumida por la amortiguación en cada vibración. ③Dado que la fuerza de interferencia de la vibración autoexcitada continua es excitada por el proceso de vibración en sí, cuando la vibración se detiene, la fuerza de interferencia y el proceso de reposición de energía desaparecen inmediatamente.
2 Análisis de las causas de las vibraciones
Las causas de las vibraciones son complejas y cambiantes, basándose en los fenómenos vibratorios en la industria del mecanizado y en las manifestaciones de dos tipos diferentes de vibraciones. Las razones se analizan de forma aproximada como sigue:
2.1 Causas de la vibración forzada: ① Fuerza centrífuga que cambia periódicamente causada por piezas giratorias desequilibradas en las máquinas herramienta. Por ejemplo, es causado por una circulación desequilibrada del motor, el mandril o la correa. ② Fuerza de transmisión que cambia periódicamente debido a defectos en las piezas de transmisión de la máquina herramienta. Como vibraciones periódicas causadas por componentes sueltos de máquinas herramienta, como portaherramientas, cojinetes de husillo y tapones de carro, o errores de fabricación en piezas de transmisión como engranajes y cojinetes. ③ Fuerzas de corte que cambian periódicamente debido a la irregularidad del proceso de corte en sí. Como tornear piezas de trabajo poligonales o con superficies irregulares y procesar piezas en blanco de formas irregulares en tornos. ④Impacto inercial causado cuando cambia la dirección del movimiento de las partes alternativas. Por ejemplo, la dirección del proceso de rectificado de superficies cambia o la dirección de rotación de la máquina herramienta cambia instantáneamente. ⑤Fuerza de interferencia de otras fuentes de vibración externas. En el taller de fundición, la vibración del martillo neumático provoca vibraciones forzadas e incluso vibraciones directas de otras máquinas herramienta.
2.2 Causas de la vibración autoexcitada: ① Durante el proceso de corte, el cambio en la fricción entre la viruta y la herramienta, y la herramienta y la pieza de trabajo. ②La dureza dentro de la capa de metal de corte es desigual. El fenómeno de dureza desigual que se produce al girar el círculo exterior o la cara final después de la soldadura de reparación a menudo provoca el colapso de la herramienta y la autovibración del torno. ③La rigidez de instalación de la herramienta es deficiente. Si la barra de herramientas es demasiado pequeña o se extiende demasiado, hará que la barra de herramientas tiemble. ④La pieza de trabajo tiene poca rigidez. Si se procesa una pieza de trabajo con poca rigidez, como un eje delgado, aparecerán corrugaciones o conicidades en la superficie de la pieza de trabajo.
⑤El borde acumulado aparece y desaparece de vez en cuando, y el ángulo de inclinación de la herramienta y el área de la sección transversal de la capa de corte cambian de vez en cuando durante el proceso de corte. ⑥ La vibración causada por una cantidad de corte inadecuada es propensa a la vibración.
3 Métodos para prevenir y eliminar la vibración
3.1 Medidas para reducir la vibración forzada: ① Equilibrar (equilibrio estático y equilibrio dinámico) piezas que giran a alta velocidad (por encima de 600 r/min) o Configure el dispositivo de equilibrio automático. O utilice dispositivos reductores de vibraciones. ② Ajuste la holgura entre los cojinetes y los insertos para cambiar la frecuencia natural del sistema para que se desvíe de la frecuencia de excitación. Ajuste los parámetros de movimiento para que la frecuencia de la fuente de vibración que puede causar vibración forzada esté alejada de la frecuencia natural del débil; Modo de procesamiento de la máquina herramienta. ③ Mejore la estabilidad del dispositivo de transmisión. Por ejemplo, si utiliza una correa con pocas juntas o sin juntas en un torno o amoladora, la correa de transmisión debe seleccionarse de manera consistente. Utilice engranajes helicoidales en lugar de engranajes rectos, instale volantes en el eje principal, etc. ④ Utilice bombas de paletas en lugar de bombas de engranajes en amoladoras de precisión y utilice dispositivos amortiguadores en el sistema hidráulico para eliminar el impacto del movimiento. ⑤Separe la fuente de energía de las máquinas herramienta de alta precisión y el cuerpo de la máquina herramienta sobre dos bases para lograr el aislamiento de vibraciones. Los materiales de aislamiento de vibraciones y aisladores de vibraciones de uso común incluyen aisladores de vibraciones de caucho, gomaespuma, adhesivos de lana, etc. ⑥ Seleccione adecuadamente la dureza, el tamaño del grano y la estructura de la muela, y apoye adecuadamente la muela para reducir la obstrucción de la muela y reducir las fluctuaciones en la fuerza de molienda. ⑦ Seleccione el diámetro de la fresa, la cantidad de dientes y el ángulo de la hélice de manera adecuada de acuerdo con las condiciones de fresado uniformes; aumente la cantidad de dientes de la fresa; use fresado hacia abajo en lugar de fresado hacia arriba para destruir la periodicidad de la fuerza de interferencia. ⑨ Raspe y esmerile la superficie de contacto para mejorar la rigidez del contacto; utilice soportes para herramientas, soportes centrales, etc. para mejorar la rigidez del sistema de proceso. Elija una mejor forma de riel guía del marco de la muela abrasiva ⑨ Utilice piezas básicas con estructura adherida y lecho con estructura de sellado de arena de paredes delgadas para aumentar la amortiguación y mejorar la resistencia a las vibraciones. ⑩ Para aislar la influencia de la vibración externa, tome medidas de aislamiento de vibración, como colocar una tabla de madera elástica o goma dura entre la base del motor de la muela y la placa de respaldo.
3.2 Medidas para reducir la vibración autoexcitada: ①Ajuste la posición del husillo de pequeña rigidez del sistema de vibración para que esté fuera del rango de ángulo entre la fuerza de corte F y la dirección normal de la superficie mecanizada. , como al perforar al aplanar la barra perforadora y girar el círculo exterior, la herramienta de torneado debe instalarse al revés. ② Reduzca el coeficiente de superposición cambiando la cantidad de corte y la geometría de la herramienta, como usar una herramienta de compensación en ángulo recto para girar el círculo exterior. ③ Reducir la velocidad de corte y aumentar el avance, el ángulo de desviación principal y el ángulo de inclinación; ④ Aumentar la velocidad de corte de manera adecuada para mejorar la maquinabilidad del material que se está procesando. ⑤ Aumentar la amortiguación de corte; reducir adecuadamente el ángulo libre de la herramienta; rectificar un borde que absorba las vibraciones en la superficie del flanco; aumentar adecuadamente el borde del cincel de la broca para que la punta de la herramienta sea más alta que (el círculo exterior del automóvil); y más bajo que (el orificio interior del automóvil) la línea central de la pieza de trabajo para obtener un pequeño ángulo de alivio de trabajo. Para reducir la vibración de alta frecuencia de la herramienta, se debe aumentar el ángulo de alivio y el ángulo de ataque de la herramienta. ⑥Ajuste la velocidad de corte para evitar una velocidad de corte crítica. Al cortar, refrentar o utilizar herramientas de filo ancho, herramientas de conformado y herramientas de roscado, la velocidad de corte debe ser inferior a la velocidad de corte crítica. Al tornear longitudinalmente y cortar la cara del extremo de una pieza anular, la velocidad de corte es mayor que la velocidad de corte crítica, etc. ⑦Mejorar la rigidez del sistema de proceso y mejorar la resistencia a las vibraciones. Al instalar la herramienta de torneado, no se debe extender demasiado. La herramienta de perforación debe ser lo más corta y gruesa posible; la longitud de extensión del manguito del contrapunto se debe acortar tanto como sea posible al mecanizar un eje delgado; marco o un portaherramientas seguidor, o utilice una herramienta de giro de eje delgado muy grande para eliminar la vibración. ⑧ Trate de no utilizar una velocidad de corte que produzca fácilmente filos acumulados. ⑨ Utilice la cantidad de corte adecuada. Se puede reducir el ancho de corte y aumentar el espesor de corte.