振動(dòng)分析是檢測(cè)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。如果這種分析沒有在高速機(jī)床上進(jìn)行過，機(jī)床制造商可能不知道機(jī)床能做什么。
在銑削過程中，有經(jīng)驗(yàn)的機(jī)械師和NC編程員會(huì)因?yàn)榈毒卟缓枚l(fā)出刺耳難聽的聲音。這是因?yàn)樗麄冞x擇的切削參數(shù)不理想。面對(duì)這種情況，他們會(huì)減少一些參數(shù)。也就是說，他們會(huì)降低一些工藝參數(shù)。
他們降低的一些特定參數(shù)可能是切削深度、速度和進(jìn)給率的組合參數(shù)，甚至是刀具的懸臂長(zhǎng)度。無論什么參數(shù)，“降低”都是獲得更好加工性能的靈活策略。經(jīng)驗(yàn)豐富的加工人員非常熟練地調(diào)整這些參數(shù)，他們可以將這些參數(shù)降低到必要的水平，使其達(dá)到可接受的切削水平。在大多數(shù)加工車間中，這種降低加工參數(shù)的方法被認(rèn)為是操作人員的正確反應(yīng)——這種妥協(xié)方案。
然而，這種降低加工參數(shù)的方法在高速加工中并不是正確的對(duì)策。事實(shí)上，人們甚至發(fā)現(xiàn)這種做法與高速加工的本質(zhì)背道而馳。
（高速機(jī)床）
參數(shù)本身非常重要，例如切削深度、主軸速度和刀具長(zhǎng)度都會(huì)影響加工性能。然而，當(dāng)一臺(tái)高速加工機(jī)床發(fā)出的振動(dòng)聲反映機(jī)床加工性能差時(shí)，“降低”參數(shù)可能會(huì)適得其反。許多使用高速加工中心的車間浪費(fèi)了他們的實(shí)際生產(chǎn)能力，最終無法實(shí)現(xiàn)他們的生產(chǎn)目標(biāo)。
在高速加工應(yīng)用領(lǐng)域，為了實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的切削加工，許多制造商可能仍然需要使用參數(shù)“降低”，但有一種更有效的方法，即使用參數(shù)“提高”。如果同時(shí)涉及到兩個(gè)參數(shù):主軸速度和刀具長(zhǎng)度，那么更好的應(yīng)對(duì)振動(dòng)的答案將是增加其中一個(gè)參數(shù)。雖然這看起來有點(diǎn)奇怪，但實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)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(jī)床處理更具侵略性的切削深度，因?yàn)檫@些變化使得系統(tǒng)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(yīng)的車間是空軍第402維修大隊(duì)第573產(chǎn)品維修中隊(duì)的一個(gè)分支。加工車間的任務(wù)包括戰(zhàn)斗機(jī)和運(yùn)輸機(jī)更換備件的加工。世界各地飛往該基地的所有飛機(jī)的更換件都由其負(fù)責(zé)加工。這里的維護(hù)非常頻繁，因?yàn)檫@些飛機(jī)需要快速返回運(yùn)行狀態(tài)，所以車間往往需要根據(jù)有限的交貨時(shí)間要求，小批量生產(chǎn)一些復(fù)雜而關(guān)鍵的零件。
程序員DavidDevore先生和MikeEstes先生說，當(dāng)這個(gè)加工車間開始使用高速加工中心時(shí)，他們對(duì)此一無所知，因此當(dāng)時(shí)機(jī)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(jù)這個(gè)車間的反應(yīng)，只能減緩一些加工工程的切削速度。
在購買了WarnerRobins公司的加工車間后，WarnerRobins公司開始調(diào)查銑削加工的共振頻率。
然而，當(dāng)車間從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(duì)機(jī)床進(jìn)行了“敲擊試驗(yàn)”。換句話說，車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(cè)試機(jī)床的振動(dòng)特性。
對(duì)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(diào)試后特定機(jī)床使用的每個(gè)刀具或刀柄的穩(wěn)定切割速度，通過“敲擊試驗(yàn)”可以找到使金屬切割速度達(dá)到最高的主軸轉(zhuǎn)速和切割深度。在Robins公司，這些穩(wěn)定的參數(shù)一旦被發(fā)現(xiàn)，就會(huì)被用在新的機(jī)床上，從而提高了車間零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和使用壽命，所有指標(biāo)都超過了其高速銑削加工所達(dá)到的水平。因?yàn)椴罹嗳绱酥螅赃@個(gè)車間決定在現(xiàn)有的高速機(jī)床上進(jìn)行同樣的分析測(cè)試。在這些機(jī)床上，車間發(fā)現(xiàn)，當(dāng)它以相當(dāng)高的速度運(yùn)行并超過車間以前一直運(yùn)行的速度時(shí)，許多刀具的工作更加穩(wěn)定、有效和安全。啟動(dòng)后，使其速度與這些最佳參數(shù)一致，車間立即開始更安靜地工作，增加了切削量，提高了零件的加工質(zhì)量，刀具沒有斷裂。
WarnerRobinsAirForceBase空軍基地為貨運(yùn)飛機(jī)和戰(zhàn)斗機(jī)提供服務(wù)。
該機(jī)械加工車間支持執(zhí)行這一使命。
現(xiàn)在，研討會(huì)開始使用從振動(dòng)分析中獲得的參數(shù)來運(yùn)行高速機(jī)床。當(dāng)超過一定速度時(shí)，研討會(huì)意識(shí)到這種分析實(shí)際上對(duì)于實(shí)現(xiàn)機(jī)床的全面效益至關(guān)重要。
原因與共振頻率有關(guān)。機(jī)床、刀柄和刀具的每個(gè)特殊組合都有特定的穩(wěn)定速度值，這使得機(jī)床可以達(dá)到最大的切削深度和金屬切削量。然后有更多的解釋，但是現(xiàn)在足以解釋問題，但是不能推斷這些來自經(jīng)驗(yàn)的速度值。對(duì)于Robins來說，沒有切實(shí)可行的方法，因?yàn)檐囬g經(jīng)常使用大量的刀具，所以通過試切削找到穩(wěn)定的參數(shù)。因此，車間與一家外部合作單位簽訂了合同，可以幫助車間快速測(cè)量所有機(jī)床的振動(dòng)，并根據(jù)車間的速度確定每天的速度。
刀具儀表板
程序員說，目前的切削性能基本相同。特別是車間的環(huán)境發(fā)生了很大的變化，車間內(nèi)的加工環(huán)境因?yàn)檎駝?dòng)減少而非常安靜。此外，機(jī)床具有更高的生產(chǎn)效率，因?yàn)楦咚贆C(jī)床可以以更高的速度進(jìn)行深度強(qiáng)力切削，而且不會(huì)出現(xiàn)刀具斷裂的情況。此外，還可以提供關(guān)于最佳加工參數(shù)的信息，因此程序員自身的生產(chǎn)效率進(jìn)一步提高。現(xiàn)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(zhǔn)確預(yù)測(cè)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(jī)的機(jī)翼安裝新加工的零件?，F(xiàn)在，當(dāng)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(jù)自己的情況選擇自己的最佳參數(shù)。事實(shí)上，根據(jù)振動(dòng)分析獲得的參數(shù)將自動(dòng)輸入Catia。當(dāng)這些切削條件需要調(diào)整設(shè)置時(shí)，如果切削深度可能不符合切削要求，可以通過刀具儀表板控制相關(guān)參數(shù)，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，也可以通過這種方式調(diào)整軸。
對(duì)于刀具儀表板的“轉(zhuǎn)速”表，綠色區(qū)域代表了這種特定刀具的穩(wěn)定切割區(qū)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(fù)荷，并且可以根據(jù)機(jī)床的動(dòng)態(tài)變化來預(yù)測(cè)這些變化的影響。
WarnerRobins與BlueSwarf公司簽訂了關(guān)于“敲擊試驗(yàn)分析”的合同，并提供了包括刀具儀表板在內(nèi)的合同。
BlueSwarf公司是一家專業(yè)從事機(jī)床振動(dòng)分析試驗(yàn)的企業(yè)。該公司向一些加工車間銷售“Metalmax“分析儀用于車間內(nèi)部分析，但公司也在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)分析工作承包給外包單位的加工車間進(jìn)行分析和測(cè)量。實(shí)際測(cè)試只是簡(jiǎn)單地敲擊在加工中心運(yùn)行的刀具，也就是說，用靈敏的錘子敲擊刀具，然后通過刀尖上的傳感器捕捉反饋信息。整個(gè)分析測(cè)試可能需要幾個(gè)小時(shí)或幾天，因?yàn)椴煌M合的刀具和刀柄需要單獨(dú)測(cè)試。有些刀具的細(xì)節(jié)，比如圓角半徑，和測(cè)試結(jié)果沒有關(guān)系，所以不是每個(gè)刀具的每個(gè)實(shí)際數(shù)據(jù)都必須用r來管理?！O(shè)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(zhǎng)度的刀具來更好地工作？這個(gè)答案與一個(gè)事實(shí)有關(guān):每個(gè)機(jī)械系統(tǒng)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(tǒng)也不例外。該系統(tǒng)具有這些自然頻率，在切割時(shí)會(huì)根據(jù)這些頻率振動(dòng)一定程度。同時(shí)，微波效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)在加工表面。這些波動(dòng)可能會(huì)對(duì)加工刀具產(chǎn)生輕微影響。此外，這也可能影響反饋機(jī)構(gòu)，造成切割損壞。
這個(gè)穩(wěn)定圖表顯示，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，可以在特定狹窄的主軸轉(zhuǎn)速帶范圍內(nèi)增加切割深度。敲擊試驗(yàn)的目的是找到這些穩(wěn)定的速度。機(jī)床在切割過程中遇到過這種表面波動(dòng)。這種波動(dòng)會(huì)導(dǎo)致切割深度的變化，結(jié)果刀具上的負(fù)荷也會(huì)波動(dòng)。這種波動(dòng)往往微不足道，所以機(jī)床的反應(yīng)也很小。但在強(qiáng)力切割過程中，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(qū)動(dòng)力。刀具的偏轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致更大的振動(dòng)，這將使其更長(zhǎng)時(shí)間。這就是所謂的振動(dòng)。
在主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min的地方，設(shè)置了不同的可能性。當(dāng)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(tǒng)的自然頻率相協(xié)調(diào)。
當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，機(jī)床仍然在振動(dòng)，但刀尖基本上隨著波紋移動(dòng)。這時(shí)，切削負(fù)荷一致均衡，切削非常順暢。對(duì)于很多車間來說，這個(gè)結(jié)果是一個(gè)非常奇怪的現(xiàn)象。一些比速高的主軸速度可以使其在相對(duì)較高或較低的速度下達(dá)到更高的切削深度。
這個(gè)問題可以解釋。從這里我們可以看到，在整個(gè)主軸轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，峰值表明這種特定的機(jī)床和刀具設(shè)置可以達(dá)到更高的生產(chǎn)切削效率。帶有交叉陰影線的區(qū)域表示顫抖的地方。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)速為17792r/min時(shí)，有可能進(jìn)行特大切削深度的穩(wěn)定切削。如果機(jī)床的運(yùn)行速度略高于或略低于這個(gè)值，即使沒有達(dá)到同等水平的強(qiáng)銑削。事實(shí)上，任何不知道這種神奇速度的加工車間都不會(huì)知道它的加工中心能做什么。
在上面的照片中，計(jì)算機(jī)顯示了兩個(gè)刀具的測(cè)試情況，這個(gè)測(cè)試最初是在Robins的車間進(jìn)行的。經(jīng)過幾分鐘的測(cè)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(dá)到的切削深度，而其背后的藍(lán)色峰值表示使用長(zhǎng)刀具可以達(dá)到更大的切削深度。事實(shí)上，加工車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(dāng)BlueSwarf公司對(duì)WarnerRobins公司最古老的高速加工中心進(jìn)行敲擊測(cè)試時(shí)，它發(fā)現(xiàn)了中等現(xiàn)象。一般來說，較短的刀具可以更穩(wěn)定地銑削，但并非總是如此。在這種特定的機(jī)床上，當(dāng)使用兩個(gè)較長(zhǎng)的刀具時(shí)，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)實(shí)際上可以更穩(wěn)定地工作，并且可以達(dá)到更大的切削深度，其刀具的調(diào)試設(shè)置如所示。在這種特定的機(jī)床中，刀具的靈活性越高。
這個(gè)車間已經(jīng)用了很多年了，工作性能很好。當(dāng)然，相關(guān)信息提供了很大的幫助。多年來，這臺(tái)機(jī)床的工作表現(xiàn)一直很好。沒有這些有價(jià)值的信息，機(jī)床的運(yùn)行是不可能事半功倍的，或者說機(jī)床運(yùn)行中的潛在產(chǎn)量和質(zhì)量都會(huì)下降。
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